JPH0521847A - 化合物半導体発光素子 - Google Patents
化合物半導体発光素子Info
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- JPH0521847A JPH0521847A JP3309361A JP30936191A JPH0521847A JP H0521847 A JPH0521847 A JP H0521847A JP 3309361 A JP3309361 A JP 3309361A JP 30936191 A JP30936191 A JP 30936191A JP H0521847 A JPH0521847 A JP H0521847A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 II−VI族化合物半導体で形成されたｐｎ接合
型発光素子であって、該接合部のｎ層が必須の組成元素
として亜鉛を含有するII−VI族化合物半導体層からな
り、該接合部ｐ層が必須の組成元素としてＭ，Ｂｅ，Ｔ
ｅ（ＭはＣｄ又はＺｎ）を含有するエピタキシャル層か
らなるII−VI族化合物半導体層からなることを特徴とす
る化合物半導体発光素子。 【効果】 安定かつ再現性のある高輝度青色発光ダイオ
ードを初めとする短波長光の発光素子が得られる。
型発光素子であって、該接合部のｎ層が必須の組成元素
として亜鉛を含有するII−VI族化合物半導体層からな
り、該接合部ｐ層が必須の組成元素としてＭ，Ｂｅ，Ｔ
ｅ（ＭはＣｄ又はＺｎ）を含有するエピタキシャル層か
らなるII−VI族化合物半導体層からなることを特徴とす
る化合物半導体発光素子。 【効果】 安定かつ再現性のある高輝度青色発光ダイオ
ードを初めとする短波長光の発光素子が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体発光素子
に関し、より詳しくは、バンドギャップが大きく、波長
（青色〜紫外）領域の光を放射できるII−VI族化合物半
導体の接合型発光素子の構成に関するものである。
に関し、より詳しくは、バンドギャップが大きく、波長
（青色〜紫外）領域の光を放射できるII−VI族化合物半
導体の接合型発光素子の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のII−VI族化合物半導体によって作
製された可視領域の短波長発光ダイオードの代表的な例
は図２６に示すようにＧａＡｓ（１００）基板１０１、
その上に形成されたｎ型ＺｎＳｅ；Ｇａ１０２及びその
上に形成されたｐ型ＺｎＳｅ；Ｏ層１０３に、負電極Ａ
ｌ１００及び正電極Ａｕ１０４が付設されている（例え
ばK.Akimoto et al.Japan.J.Appl.Phys.28(1989)L200
1)。上記の従来構造の青色発光ダイオードは、液体窒素
温度（７７Ｋ，−１９６℃）の低温に於いて発光ピーク
波長４４０ｎｍの青色発光を呈するが、室温（２５℃）
に於いてはほとんど発光しない。
製された可視領域の短波長発光ダイオードの代表的な例
は図２６に示すようにＧａＡｓ（１００）基板１０１、
その上に形成されたｎ型ＺｎＳｅ；Ｇａ１０２及びその
上に形成されたｐ型ＺｎＳｅ；Ｏ層１０３に、負電極Ａ
ｌ１００及び正電極Ａｕ１０４が付設されている（例え
ばK.Akimoto et al.Japan.J.Appl.Phys.28(1989)L200
1)。上記の従来構造の青色発光ダイオードは、液体窒素
温度（７７Ｋ，−１９６℃）の低温に於いて発光ピーク
波長４４０ｎｍの青色発光を呈するが、室温（２５℃）
に於いてはほとんど発光しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の発光素子、特に
高効率発光の期待される（可能である）II−VI族化合物
半導体発光素子は、例えば上述した青色発光を生じるＺ
ｎＳｅ層がＧａＡｓ基板上に直接積層されて構成されて
いる。そのため、両結晶に格子定数のズレ（約０．３
％）が発生し、成長層であるＺｎＳｅ層中には極めて高
密度の欠陥が導入され、該エピタキシャル層の結晶性を
極めて低下する。
高効率発光の期待される（可能である）II−VI族化合物
半導体発光素子は、例えば上述した青色発光を生じるＺ
ｎＳｅ層がＧａＡｓ基板上に直接積層されて構成されて
いる。そのため、両結晶に格子定数のズレ（約０．３
％）が発生し、成長層であるＺｎＳｅ層中には極めて高
密度の欠陥が導入され、該エピタキシャル層の結晶性を
極めて低下する。
【０００４】このようにして生じた欠陥は、例えば不純
物未添加層に於いてはＺｎＳｅのバンドギャップ発光で
ある４４０ｎｍ（７７Ｋ）の発光強度を極めて弱くする
が、例えば上記従来例のごとくｎ型不純物としてのガリ
ウム（Ｇａ）を添加することにより、その欠陥密度が低
減され、上記の４４０ｎｍ発光の強度が増大することが
知られている。しかし、結晶の完全さは原理的に結晶の
エピタキシャル接合構造における格子定数に依存するの
で、ヘテロエピタキシャル成長による欠陥は特別に薄い
層で形成された薄膜構造等の場合を除いて依然として多
量に残留している。
物未添加層に於いてはＺｎＳｅのバンドギャップ発光で
ある４４０ｎｍ（７７Ｋ）の発光強度を極めて弱くする
が、例えば上記従来例のごとくｎ型不純物としてのガリ
ウム（Ｇａ）を添加することにより、その欠陥密度が低
減され、上記の４４０ｎｍ発光の強度が増大することが
知られている。しかし、結晶の完全さは原理的に結晶の
エピタキシャル接合構造における格子定数に依存するの
で、ヘテロエピタキシャル成長による欠陥は特別に薄い
層で形成された薄膜構造等の場合を除いて依然として多
量に残留している。
【０００５】また、このような低品質であるヘテロエピ
タキシャル成長層上にさらに積層して形成された、例え
ば酸素（Ｏ）を添加したＺｎＳｅ：Ｏの結晶性も悪くな
る。この電流注入用のｐ型層として働くＺｎＳｅ：Ｏエ
ピタキシャル層は、ＺｎＳｅ：Ｇａ発光層へ注入して発
光させるのに十分のキャリア（正孔）を供給することが
出来ず、Ｈａｌｌ測定による正確な評価の出来ないｐ型
層であり、正孔濃度は添加した酸素原子の１０００分の
１程度と推定されている極めて効率の低い不純物添加膜
となっている。このことは、酸素がセレンに対して原子
価型のｐ型不純物でないことのみによるものでもなく、
結晶性の低さも相まってその主要な原因となっている。
タキシャル成長層上にさらに積層して形成された、例え
ば酸素（Ｏ）を添加したＺｎＳｅ：Ｏの結晶性も悪くな
る。この電流注入用のｐ型層として働くＺｎＳｅ：Ｏエ
ピタキシャル層は、ＺｎＳｅ：Ｇａ発光層へ注入して発
光させるのに十分のキャリア（正孔）を供給することが
出来ず、Ｈａｌｌ測定による正確な評価の出来ないｐ型
層であり、正孔濃度は添加した酸素原子の１０００分の
１程度と推定されている極めて効率の低い不純物添加膜
となっている。このことは、酸素がセレンに対して原子
価型のｐ型不純物でないことのみによるものでもなく、
結晶性の低さも相まってその主要な原因となっている。
【０００６】同様に、ＧａＡｓ上に形成された同様の構
造では、ｐ型エピタキシャル層としてＺｎＳｅ：Ｌｉ，
Ｎ（T.Yasuda et al．Appl.Phys.Lett.52(1988)57)を用
いた場合、ＺｎＳ：Ｎ（M:Migita.et al，Abstracts.4t
h.I.C.on II-VI Compounds,II-VI'89,Fr-3-3)を用いた
場合にも同程度の特性しか得られておらず、発光ダイオ
ードとして、急速に劣化したり、室温で発光しない、製
作上再現性が無い等の点が明らかとなっており、産業上
極めて重要な問題点となっている。
造では、ｐ型エピタキシャル層としてＺｎＳｅ：Ｌｉ，
Ｎ（T.Yasuda et al．Appl.Phys.Lett.52(1988)57)を用
いた場合、ＺｎＳ：Ｎ（M:Migita.et al，Abstracts.4t
h.I.C.on II-VI Compounds,II-VI'89,Fr-3-3)を用いた
場合にも同程度の特性しか得られておらず、発光ダイオ
ードとして、急速に劣化したり、室温で発光しない、製
作上再現性が無い等の点が明らかとなっており、産業上
極めて重要な問題点となっている。
【０００７】このように、従来のII−VI族化合物半導体
発光素子における問題をまとめると、基板結晶とエピ
タキシャル成長結晶間の格子定数の不整合に起因して発
光層の結晶品質が低いこと、エピタキシャル結晶とし
て形成される電流注入のための（通常はｐ型）層の特性
が発光層以上に構造（欠陥）に敏感であるにもかかわら
ずこの層の結晶性が低いこと、ならびにそのため電流
の注入と再結合発光の効率が低く、特性が不安定、かつ
再現性に乏しく全体としての特性が実用上の使用水準に
遠く及ばないこと、などがあげられる。
発光素子における問題をまとめると、基板結晶とエピ
タキシャル成長結晶間の格子定数の不整合に起因して発
光層の結晶品質が低いこと、エピタキシャル結晶とし
て形成される電流注入のための（通常はｐ型）層の特性
が発光層以上に構造（欠陥）に敏感であるにもかかわら
ずこの層の結晶性が低いこと、ならびにそのため電流
の注入と再結合発光の効率が低く、特性が不安定、かつ
再現性に乏しく全体としての特性が実用上の使用水準に
遠く及ばないこと、などがあげられる。
【０００８】このように高輝度青色発光ダイオードを含
む発光素子の製造に関わる基本的技術が未確立であるこ
とは、実用上、極めて問題である。本発明は、以上で説
明した従来のII−VI族化合物半導体発光素子がもつ課題
を解消する組成をもつII−VI族化合物半導体発光素子を
提供することを目的としている。
む発光素子の製造に関わる基本的技術が未確立であるこ
とは、実用上、極めて問題である。本発明は、以上で説
明した従来のII−VI族化合物半導体発光素子がもつ課題
を解消する組成をもつII−VI族化合物半導体発光素子を
提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明はII−VI族化合物
半導体で形成されたｐｎ接合型発光素子であって、該接
合部のｎ層が必須の組成元素として亜鉛を含有するII−
VI族化合物半導体層からなり、該接合部のｐ層が必須の
組成元素としてＭ，Ｂｅ，Ｔｅ（ＭはＣｄ又はＺｎ）を
含有するエピタキシャル層からなるII−VI族化合物半導
体層からなる化合物半導体発光素子を提供することにあ
る。
半導体で形成されたｐｎ接合型発光素子であって、該接
合部のｎ層が必須の組成元素として亜鉛を含有するII−
VI族化合物半導体層からなり、該接合部のｐ層が必須の
組成元素としてＭ，Ｂｅ，Ｔｅ（ＭはＣｄ又はＺｎ）を
含有するエピタキシャル層からなるII−VI族化合物半導
体層からなる化合物半導体発光素子を提供することにあ
る。
【００１０】本発明の接合部のｎ層は発光層として作用
し、一方ｐ層はｎ層上に形成された比較的結晶品質依存
性の少ないワイドギャップ半導体層であるとともに、電
流注入部として作用するため、ｎ層に十分なキャリアを
注入して青色発光ダイオードをはじめとする短波長光の
高効率発光素子の構成を提供する。本発明の化合物半導
体発光素子はII−VI族化合物半導体のエピタキシャル層
で形成されたｐｎ接合型発光素子のｐ層側に正電極、ｎ
層側に負電極が形成され、電圧の印加により発光するよ
うに構成される。負電極はｎ層を構成する化合物半導体
基板に接続されていても、化合物半導体基板上に形成さ
れた緩衝層に接続されていてもよい。緩衝層に接続され
る場合には、化合物半導体基板に穿設された貫通孔を介
して直接緩衝層に接続してもよい。ここで、貫通孔は溝
状（貫通溝）であってもよく、各種エッチング法により
電極形状に対応して形設することができ、例えば、反応
性イオンビームエッチングや化学エッチング等を用いて
形設することができる。また、この貫通孔は緩衝層形成
前に予め化合物半導体基板の所定位置に形設してもよ
く、緩衝層形成後に形設してもよい。この貫通孔を介し
ての基板側電極の形成は蒸着法、スパッタリング法、Ｍ
ＢＥ法により行うことができ、この金属としては従来使
用されている種々のものを用いることができ、例えば、
Ｉｎ，Ａｌ，Ａｕ等があげられる（ＵＳ serial ＮＯ．
０７／６３５，４２４参照）。また、集積回路や光検出
器等の結合機能性発光素子として構成する場合には正電
極及び負電極の他に別の電極を接続することができる。
し、一方ｐ層はｎ層上に形成された比較的結晶品質依存
性の少ないワイドギャップ半導体層であるとともに、電
流注入部として作用するため、ｎ層に十分なキャリアを
注入して青色発光ダイオードをはじめとする短波長光の
高効率発光素子の構成を提供する。本発明の化合物半導
体発光素子はII−VI族化合物半導体のエピタキシャル層
で形成されたｐｎ接合型発光素子のｐ層側に正電極、ｎ
層側に負電極が形成され、電圧の印加により発光するよ
うに構成される。負電極はｎ層を構成する化合物半導体
基板に接続されていても、化合物半導体基板上に形成さ
れた緩衝層に接続されていてもよい。緩衝層に接続され
る場合には、化合物半導体基板に穿設された貫通孔を介
して直接緩衝層に接続してもよい。ここで、貫通孔は溝
状（貫通溝）であってもよく、各種エッチング法により
電極形状に対応して形設することができ、例えば、反応
性イオンビームエッチングや化学エッチング等を用いて
形設することができる。また、この貫通孔は緩衝層形成
前に予め化合物半導体基板の所定位置に形設してもよ
く、緩衝層形成後に形設してもよい。この貫通孔を介し
ての基板側電極の形成は蒸着法、スパッタリング法、Ｍ
ＢＥ法により行うことができ、この金属としては従来使
用されている種々のものを用いることができ、例えば、
Ｉｎ，Ａｌ，Ａｕ等があげられる（ＵＳ serial ＮＯ．
０７／６３５，４２４参照）。また、集積回路や光検出
器等の結合機能性発光素子として構成する場合には正電
極及び負電極の他に別の電極を接続することができる。
【００１１】この発明におけるｎ層は必須の組成元素で
ある亜鉛を含有するII−VI族化合物半導体層と、該化合
物半導体に添加されたｎ型不純物とから構成される。必
須の組成元素として亜鉛を含有するII−VI族化合物半導
体としては、例えばＺｎＳ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳｅ等の２
元系、ＺｎＣｄＳ，ＺｎＣｄＴｅ，ＺｎＳＴｅ，ＺｎＳ
ｅＴｅ，ＺｎＢｅＳ，ＺｎＢｅＳｅ，ＺｎＨｇＴｅ，Ｚ
ｎＨｇＳ，ＺｎＭｇＴｅ，ＺｎＢｅＴｅ等の３元系また
は４元系以上のものがあげられる。
ある亜鉛を含有するII−VI族化合物半導体層と、該化合
物半導体に添加されたｎ型不純物とから構成される。必
須の組成元素として亜鉛を含有するII−VI族化合物半導
体としては、例えばＺｎＳ，ＺｎＴｅ，ＺｎＳｅ等の２
元系、ＺｎＣｄＳ，ＺｎＣｄＴｅ，ＺｎＳＴｅ，ＺｎＳ
ｅＴｅ，ＺｎＢｅＳ，ＺｎＢｅＳｅ，ＺｎＨｇＴｅ，Ｚ
ｎＨｇＳ，ＺｎＭｇＴｅ，ＺｎＢｅＴｅ等の３元系また
は４元系以上のものがあげられる。
【００１２】このII−VI族化合物半導体層は、単結晶基
板をそのまま用いて、または基板上にエピタキシャル成
長させて作製できる。基板上にエピタキシャル成長させ
て上記II−VI族化合物半導体層を形成する場合には、基
板として、例えば上記II−VI族化合物半導体の結晶基板
またはＣｄＢｅＴｅ，ＨｇＢｅＴｅ，ＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，Ｓｉ，Ｇｅ等の結晶基板を用いることができるが、
基板材料としてはＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳ1-Z ＳｅZ
が好ましく、これら基板は単結晶であるのが好ましい。
板をそのまま用いて、または基板上にエピタキシャル成
長させて作製できる。基板上にエピタキシャル成長させ
て上記II−VI族化合物半導体層を形成する場合には、基
板として、例えば上記II−VI族化合物半導体の結晶基板
またはＣｄＢｅＴｅ，ＨｇＢｅＴｅ，ＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，Ｓｉ，Ｇｅ等の結晶基板を用いることができるが、
基板材料としてはＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳ1-Z ＳｅZ
が好ましく、これら基板は単結晶であるのが好ましい。
【００１３】さらに、基板上にエピタキシャル成長によ
りII-VI族化合物半導体層を形成する場合、基板とエピ
タキシャル層との格子定数の違いによる歪を緩和するた
めに、緩衝層を設けるのが良い。この緩衝層は超格子
層、組成傾斜エピタキシャル層により形成するのが好ま
しい。さらに該緩衝層は、ＺｎＳ1-Z ＳｅZ で形成する
のがより好ましい。
りII-VI族化合物半導体層を形成する場合、基板とエピ
タキシャル層との格子定数の違いによる歪を緩和するた
めに、緩衝層を設けるのが良い。この緩衝層は超格子
層、組成傾斜エピタキシャル層により形成するのが好ま
しい。さらに該緩衝層は、ＺｎＳ1-Z ＳｅZ で形成する
のがより好ましい。
【００１４】尚、以下の実施例では基板の面方位とし
て、（１００）を用いたが、（１１０），（１１１），
（３１１）等の傾斜基板を用いても良い。このような面
方位については、基板をそのままｎ層となるII−VI族化
合物半導体層として用いる場合も同様である。接合部の
ｐ層は、例えば、ＺｎＢｅＴｅ，ＣｄＢｅＴｅ，ＺｎＣ
ｄＢｅＴｅ，ＺｎＢｅＳＴｅ，ＺｎＢｅＳｅＴｅ，Ｃｄ
ＢｅＳＴｅ等のＭ，Ｂｅ，Ｔｅ（ＭはＣｄ又はＺｎ）を
含有するエピタキシャル層からなり、ＺｎＢｅＴｅ，Ｃ
ｄＢｅＴｅを用いるのが良い。
て、（１００）を用いたが、（１１０），（１１１），
（３１１）等の傾斜基板を用いても良い。このような面
方位については、基板をそのままｎ層となるII−VI族化
合物半導体層として用いる場合も同様である。接合部の
ｐ層は、例えば、ＺｎＢｅＴｅ，ＣｄＢｅＴｅ，ＺｎＣ
ｄＢｅＴｅ，ＺｎＢｅＳＴｅ，ＺｎＢｅＳｅＴｅ，Ｃｄ
ＢｅＳＴｅ等のＭ，Ｂｅ，Ｔｅ（ＭはＣｄ又はＺｎ）を
含有するエピタキシャル層からなり、ＺｎＢｅＴｅ，Ｃ
ｄＢｅＴｅを用いるのが良い。
【００１５】組成元素のＴｅは電流注入層として必要な
特性の結晶品質依存性を低くし、かつｐ型の形成を容易
にするように働き、Ｂｅはバンドギャップを大きくする
ように働く。このｐ層は、電流注入特性を向上し、かつ
ｎ層からの発光光を効率良く透過させるために、ｐ層の
バンドギャップがｎ層のバンドギャップよりも大きくす
るのが良い。
特性の結晶品質依存性を低くし、かつｐ型の形成を容易
にするように働き、Ｂｅはバンドギャップを大きくする
ように働く。このｐ層は、電流注入特性を向上し、かつ
ｎ層からの発光光を効率良く透過させるために、ｐ層の
バンドギャップがｎ層のバンドギャップよりも大きくす
るのが良い。
【００１６】例えばｎ層にＺｎＳｅを用いる場合であっ
て、ｐ層をＺｎ1-X ＢｅX Ｔｅとする場合、Ｘの値を
０．２≦Ｘ≦１．０，ｐ層をＣｄ1-X ＢｅX Ｔｅとする
場合、Ｘの値を０．７≦Ｘ≦１．０とするのが良い（図
２４，図２５参照）。図２６に、組成と格子定数、エネ
ルギーギャップの関係を示す。この図からわかるよう
に、より短波長の発光波長を得るには、ｎ層としてＺｎ
Ｓ1-Z ＳｅZ （Ｏ≦Ｚ≦１）を用いるのが好ましく、ｐ
層との格子整合をとるには、ＺｎＳ1-Z ＳｅZ （Ｏ＜Ｚ
＜１）とするのがより好ましい。そして、この際のｐ層
としては、ＺｎＢｅＴｅ，ＣｄＢｅＴｅが好ましい。
て、ｐ層をＺｎ1-X ＢｅX Ｔｅとする場合、Ｘの値を
０．２≦Ｘ≦１．０，ｐ層をＣｄ1-X ＢｅX Ｔｅとする
場合、Ｘの値を０．７≦Ｘ≦１．０とするのが良い（図
２４，図２５参照）。図２６に、組成と格子定数、エネ
ルギーギャップの関係を示す。この図からわかるよう
に、より短波長の発光波長を得るには、ｎ層としてＺｎ
Ｓ1-Z ＳｅZ （Ｏ≦Ｚ≦１）を用いるのが好ましく、ｐ
層との格子整合をとるには、ＺｎＳ1-Z ＳｅZ （Ｏ＜Ｚ
＜１）とするのがより好ましい。そして、この際のｐ層
としては、ＺｎＢｅＴｅ，ＣｄＢｅＴｅが好ましい。
【００１７】また、本発明のｐ層は結晶品質依存性が低
いため、ｎ層の結晶性の影響を受けにくいが、ｎ層は単
結晶であるのが好ましく、ＺｎＳ1-Z ＳｅZ （Ｏ≦Ｚ≦
１）の単結晶基板をそのままｎ層として用いるか、この
単結晶基板を用いてｎ層をエピタキシャル成長して用い
るのが良い。また、ｎ層のｐ層との界面部にＺｎＳとＺ
ｎＳｅを交互に積層した超格子層を形成しても良く、超
格子層に代えてＺｎＳ1-X ＳｅX （Ｏ＜Ｘ＜１）からな
る組成傾斜エピタキシャル層を形成しても良い。
いため、ｎ層の結晶性の影響を受けにくいが、ｎ層は単
結晶であるのが好ましく、ＺｎＳ1-Z ＳｅZ （Ｏ≦Ｚ≦
１）の単結晶基板をそのままｎ層として用いるか、この
単結晶基板を用いてｎ層をエピタキシャル成長して用い
るのが良い。また、ｎ層のｐ層との界面部にＺｎＳとＺ
ｎＳｅを交互に積層した超格子層を形成しても良く、超
格子層に代えてＺｎＳ1-X ＳｅX （Ｏ＜Ｘ＜１）からな
る組成傾斜エピタキシャル層を形成しても良い。
【００１８】ｎ層を形成するために添加されている不純
物としては、公知のもの、例えば、III 族元素のＡｌ，
Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，VII 族元素のＦ，Ｃｌ，Ｂｒ，ｌ等
を使用することができる。ｐ層の形成は、発光層にキャ
リアを十分に供給することができる量で、Ｉ族元素のＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｖ族元素のＮ，Ｐ，
Ａｓ，Ｓｂ，を注入することにより形成される。
物としては、公知のもの、例えば、III 族元素のＡｌ，
Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，VII 族元素のＦ，Ｃｌ，Ｂｒ，ｌ等
を使用することができる。ｐ層の形成は、発光層にキャ
リアを十分に供給することができる量で、Ｉ族元素のＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｖ族元素のＮ，Ｐ，
Ａｓ，Ｓｂ，を注入することにより形成される。
【００１９】上記の化合物半導体基板、緩衝層及びエピ
タキシャル層等の形成は、ＭＥＢ法のほか、例えば、Ｃ
ＶＤ（化学気相堆積）法，ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気
相堆積）法、ＡＬＥ（原子層エピタキシー）法、ＩＢＥ
（イオンビームエピタキシー）法等の薄膜成長法を適用
により行うことができる。
タキシャル層等の形成は、ＭＥＢ法のほか、例えば、Ｃ
ＶＤ（化学気相堆積）法，ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気
相堆積）法、ＡＬＥ（原子層エピタキシー）法、ＩＢＥ
（イオンビームエピタキシー）法等の薄膜成長法を適用
により行うことができる。
【００２０】
【作用】本発明の構成により以下の動作が可能になる。
まず第１に発光層がバルク単結晶あるいはそれと同等の
ホモエピタキシャルあるいはホモエピタキシャル級の高
品質単結晶であることにより、再結合発光効率が大幅に
改善される。
まず第１に発光層がバルク単結晶あるいはそれと同等の
ホモエピタキシャルあるいはホモエピタキシャル級の高
品質単結晶であることにより、再結合発光効率が大幅に
改善される。
【００２１】第２には、電流注入層の伝導度を含む特性
がエピタキシャル成層内の欠陥に比較的依存しにくいた
めに容易に望ましい（低抵抗等の）特性を得ることがで
き、かつ、電流注入層のバンドギャップは発光層より十
分に大きく、発光特性に関与せず、なおかつバンドギャ
ップを発光層より大きくできることから、注入効率その
ものも従来素子と比較して大幅に向上させることができ
る。
がエピタキシャル成層内の欠陥に比較的依存しにくいた
めに容易に望ましい（低抵抗等の）特性を得ることがで
き、かつ、電流注入層のバンドギャップは発光層より十
分に大きく、発光特性に関与せず、なおかつバンドギャ
ップを発光層より大きくできることから、注入効率その
ものも従来素子と比較して大幅に向上させることができ
る。
【００２２】第３には、上記の第１，第２の作用が、そ
れぞれ独立に満たされた場合でも、あるいは同時に満た
された場合には極めて容易に、従来素子の性能を引き上
げることができ、II−VI族化合物半導体発光素子の特性
を著しく改善することが出来る構成である。
れぞれ独立に満たされた場合でも、あるいは同時に満た
された場合には極めて容易に、従来素子の性能を引き上
げることができ、II−VI族化合物半導体発光素子の特性
を著しく改善することが出来る構成である。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 第１実施例 基板結晶としてＺｎＳｅを用いて発光素子を例にとって
本発明の第１の実施例を説明する。
する。 第１実施例 基板結晶としてＺｎＳｅを用いて発光素子を例にとって
本発明の第１の実施例を説明する。
【００２４】図１は本発明の第１の実施例を説明する素
子構造図であり、ｎ型基板結晶ＺｎＳｅ：Ｇａｌは沃素
輸送法で成長させた単結晶ＺｎＳｅインゴットから切り
出した厚さ３００μｍのＺｎＳｅ（１００）基板であ
り、該基板はＺｎ＋Ｇａ融液（Ｚｎ９０：Ｇａ１０）中
で９５０℃、１００時間加熱処理した低抵抗ＺｎＳｅ
（抵抗率：１Ω・ｃｍ）である。ｎ型ＺｎＳｅ（１０
０）基板１上のｐ型エピタキシャル結晶層Ｃｄ1-X Ｂｅ
X Ｔｅ：Ａｓ２は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ
法）にて形成されたものであり、抵抗率は０．１Ω・ｃ
ｍである。
子構造図であり、ｎ型基板結晶ＺｎＳｅ：Ｇａｌは沃素
輸送法で成長させた単結晶ＺｎＳｅインゴットから切り
出した厚さ３００μｍのＺｎＳｅ（１００）基板であ
り、該基板はＺｎ＋Ｇａ融液（Ｚｎ９０：Ｇａ１０）中
で９５０℃、１００時間加熱処理した低抵抗ＺｎＳｅ
（抵抗率：１Ω・ｃｍ）である。ｎ型ＺｎＳｅ（１０
０）基板１上のｐ型エピタキシャル結晶層Ｃｄ1-X Ｂｅ
X Ｔｅ：Ａｓ２は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ
法）にて形成されたものであり、抵抗率は０．１Ω・ｃ
ｍである。
【００２５】ＭＢＥ成長に於いては、まずＺｎＳｅ基板
をＢｒ５％添加メタノール（ＣＨ3 ＯＨ）液中で化学エ
ッチングした後、１〜３×１０-10 Torrの超高真空中で
５００℃数分ないし３０分間の表面処理を行い表面を清
浄化させた。その後、２６０℃に設定したＺｎＳｅ（１
００）単結晶基板１の表面上へ、Ｃｄ分子線圧力３×１
０-8Torr，Ｂｅ分子線圧力５×１０-7Torr，Ｔｅ分子線
圧力４．７×１０-7Torr，Ａｓ分子線圧力２×１０-10
Torrとして１．５時間成長させ、２μｍ厚のｐ型Ｃｄ
1-X ＢｅX Ｔｅ：Ａｓ成長層（ｘ＝０．９５）２を形成
した。図１の４０はＡｌからなる負電極，５０はＡｕか
らなる正電極である。Ａｕ正電極５０は、ＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓエピタキシャル層の形成後、ＭＢＥ室に搬送室
を介して隣接する電極形成室にて１〜３×１０-9Torrの
真空度条件下で蒸着形成後、Ａｌ負電極４０と同時に３
００℃加熱処理によりオーミック化するのが適してい
る。Ａｌ負電極４０は、電子ビーム蒸着により形成した
が、化学エッチングの後、１×１０-8Torr以下の真空下
で、ＺｎＳｅ基板１の裏面を２０〜１００μｍ除去した
後、３００℃に加熱したＺｎＳｅ：Ｇａ基板１の裏面上
へＡｌを堆積させることによりオーミック電極とした。
をＢｒ５％添加メタノール（ＣＨ3 ＯＨ）液中で化学エ
ッチングした後、１〜３×１０-10 Torrの超高真空中で
５００℃数分ないし３０分間の表面処理を行い表面を清
浄化させた。その後、２６０℃に設定したＺｎＳｅ（１
００）単結晶基板１の表面上へ、Ｃｄ分子線圧力３×１
０-8Torr，Ｂｅ分子線圧力５×１０-7Torr，Ｔｅ分子線
圧力４．７×１０-7Torr，Ａｓ分子線圧力２×１０-10
Torrとして１．５時間成長させ、２μｍ厚のｐ型Ｃｄ
1-X ＢｅX Ｔｅ：Ａｓ成長層（ｘ＝０．９５）２を形成
した。図１の４０はＡｌからなる負電極，５０はＡｕか
らなる正電極である。Ａｕ正電極５０は、ＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓエピタキシャル層の形成後、ＭＢＥ室に搬送室
を介して隣接する電極形成室にて１〜３×１０-9Torrの
真空度条件下で蒸着形成後、Ａｌ負電極４０と同時に３
００℃加熱処理によりオーミック化するのが適してい
る。Ａｌ負電極４０は、電子ビーム蒸着により形成した
が、化学エッチングの後、１×１０-8Torr以下の真空下
で、ＺｎＳｅ基板１の裏面を２０〜１００μｍ除去した
後、３００℃に加熱したＺｎＳｅ：Ｇａ基板１の裏面上
へＡｌを堆積させることによりオーミック電極とした。
【００２６】以上のようにして形成されたＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓエピタキシャル層２は格子定数５．６７２Åで
あり、基板ＺｎＳｅの格子定数（５．６６８Å）との不
整合は０．１％以下であり、電子線回折パターンは極め
て良好なストリーク形状を呈し、良好な単結晶エピタキ
シャル膜であることが示された。この発光素子は電圧印
加により約３Ｖで２０ｍＡの電流が流れ、室温に於いて
ピーク波長が４６０ｎｍ付近のＺｎＳｅのバンドギャッ
プでの再結合による青色発光を示した。電流注入発光時
の発光スペクトルは４６０ｎｍの主発光帯とともに強度
１／１００００以下のごく弱い５３０ｎｍ付近の発光以
外は観測されない。
ｅ：Ａｓエピタキシャル層２は格子定数５．６７２Åで
あり、基板ＺｎＳｅの格子定数（５．６６８Å）との不
整合は０．１％以下であり、電子線回折パターンは極め
て良好なストリーク形状を呈し、良好な単結晶エピタキ
シャル膜であることが示された。この発光素子は電圧印
加により約３Ｖで２０ｍＡの電流が流れ、室温に於いて
ピーク波長が４６０ｎｍ付近のＺｎＳｅのバンドギャッ
プでの再結合による青色発光を示した。電流注入発光時
の発光スペクトルは４６０ｎｍの主発光帯とともに強度
１／１００００以下のごく弱い５３０ｎｍ付近の発光以
外は観測されない。
【００２７】本実施例で説明したように、発光層が基板
単結晶であるため、発光スペクトルは基板そのもののフ
ォトルミネセンスに於いて観測されるものとほぼ同様で
あり、しかもバンドギャップ発光（４６０ｎｍ発光帯）
の強度は注入電流密度に依存して増大するために、発光
強度と主として欠陥あるいは不純物量に依存する他の低
エネルギー発光（本実施例の５３０ｎｍ発光等）を無視
できる駆動条件に設定することが可能である。
単結晶であるため、発光スペクトルは基板そのもののフ
ォトルミネセンスに於いて観測されるものとほぼ同様で
あり、しかもバンドギャップ発光（４６０ｎｍ発光帯）
の強度は注入電流密度に依存して増大するために、発光
強度と主として欠陥あるいは不純物量に依存する他の低
エネルギー発光（本実施例の５３０ｎｍ発光等）を無視
できる駆動条件に設定することが可能である。
【００２８】エピタキシャル膜２であるＣｄＢｅＴｅ：
Ａｓ層２は格子定数がほぼＺｎＳｅ基板１のそれ（５．
６６８Å）と一致しており、全体として高品質の単結晶
層となっており、注入層としての電気的特性（０．１Ω
・ｃｍ）は良好である。本実施例で示されたように本発
明により極めて簡単な構造の高性能な高効率青色発光ダ
イオードを構成することが可能となった。 第２実施例 図２に本発明の第２の実施例を示す。
Ａｓ層２は格子定数がほぼＺｎＳｅ基板１のそれ（５．
６６８Å）と一致しており、全体として高品質の単結晶
層となっており、注入層としての電気的特性（０．１Ω
・ｃｍ）は良好である。本実施例で示されたように本発
明により極めて簡単な構造の高性能な高効率青色発光ダ
イオードを構成することが可能となった。 第２実施例 図２に本発明の第２の実施例を示す。
【００２９】本実施例においても素子の製作にはＭＢＥ
成長法を用いた。図２に於いて、３はｎ型ＺｎＳ（１０
０）基板，４はｎ型ＺｎＳ／ＺｎＳｅ超格子エピタキシ
ャル層，５はｐ型Ｃｄ1-X ＢｅX Ｔｅ：Ｐエピタキシャ
ル層である。また４０はＡｌ負電極，５０はＡｕ正電極
であり、これらはオーミック電極化の加熱処理条件を除
いて、第１の実施例とほぼ同様である。
成長法を用いた。図２に於いて、３はｎ型ＺｎＳ（１０
０）基板，４はｎ型ＺｎＳ／ＺｎＳｅ超格子エピタキシ
ャル層，５はｐ型Ｃｄ1-X ＢｅX Ｔｅ：Ｐエピタキシャ
ル層である。また４０はＡｌ負電極，５０はＡｕ正電極
であり、これらはオーミック電極化の加熱処理条件を除
いて、第１の実施例とほぼ同様である。
【００３０】ｎ型ＺｎＳ（１００）基板３は、沃素輸送
法により製作したバルク単結晶より作成した単結晶基板
であり、Ａｌを１０％添加した溶融亜鉛中で９５０℃，
１００時間の低抵抗化処理を行ったもので、抵抗率５Ω
・ｃｍである。本基板結晶３はフォトルミネセンスにお
いて、３１０ｎｍ（Ｘｅランプ）あるいは３２５ｎｍ
（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）の紫外線光源で励起することに
より、室温に於いて４６０ｎｍにピークを有する高輝度
の深い準位からの幅の広い発光帯と３４０ｎｍにピーク
を持つバンド端発光を示す。
法により製作したバルク単結晶より作成した単結晶基板
であり、Ａｌを１０％添加した溶融亜鉛中で９５０℃，
１００時間の低抵抗化処理を行ったもので、抵抗率５Ω
・ｃｍである。本基板結晶３はフォトルミネセンスにお
いて、３１０ｎｍ（Ｘｅランプ）あるいは３２５ｎｍ
（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）の紫外線光源で励起することに
より、室温に於いて４６０ｎｍにピークを有する高輝度
の深い準位からの幅の広い発光帯と３４０ｎｍにピーク
を持つバンド端発光を示す。
【００３１】基板３上には、真空度（背圧）１〜２×１
０-10 Torr下でＺｎ分子ビーム圧力１×１０-6Torr，Ｓ
分子ビーム圧力５×１０-6Torr，Ｓｅ分子ビーム圧力１
×１０-6Torr，基板温度２６０℃として５ｎｍ厚のＺｎ
Ｓと５ｎｍ厚のＺｎＳｅが一対の膜として１０〜５０層
積層されたＺｎＳ／ＺｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ−５０）
超格子４が形成され、さらに該超格子層４上へ、Ｃｄ分
子ビーム圧力５×１０ -8Torr，Ｂｅ分子ビーム圧力４．
５×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム圧力４×１０ -7Torr，
Ｐ分子ビーム圧力１×１０-9Torr，かつ同基板温度にて
ｐ型ＣｄＢｅＴｅ：Ｐ層５が形成されている。超格子層
４は０．１〜０．５μｍ，ＣｄＢｅＴｅ層５の層厚は３
μｍである。
０-10 Torr下でＺｎ分子ビーム圧力１×１０-6Torr，Ｓ
分子ビーム圧力５×１０-6Torr，Ｓｅ分子ビーム圧力１
×１０-6Torr，基板温度２６０℃として５ｎｍ厚のＺｎ
Ｓと５ｎｍ厚のＺｎＳｅが一対の膜として１０〜５０層
積層されたＺｎＳ／ＺｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ−５０）
超格子４が形成され、さらに該超格子層４上へ、Ｃｄ分
子ビーム圧力５×１０ -8Torr，Ｂｅ分子ビーム圧力４．
５×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム圧力４×１０ -7Torr，
Ｐ分子ビーム圧力１×１０-9Torr，かつ同基板温度にて
ｐ型ＣｄＢｅＴｅ：Ｐ層５が形成されている。超格子層
４は０．１〜０．５μｍ，ＣｄＢｅＴｅ層５の層厚は３
μｍである。
【００３２】以上の構成の場合には、基板ＺｎＳ３とＣ
ｄ1-X ＢｅX Ｔｅ層５間の格子不整合が最少の場合でも
（ｘ＝１の場合でも）４％と極めて大きいため、直接的
な単純ヘテロエピタキシャル成長ではＣｄＢｅＴｅ層は
双晶化（多結晶化）し易く、十分高品質の結晶膜が得ら
れない。超格子層の挿入はＣｄＢｅＴｅ層５を容易に高
品質単結晶化するのに適している。この場合、ＣｄＢｅ
Ｔｅ層はＺｎＳｅ層上に接合するよう形成するのが良
い。
ｄ1-X ＢｅX Ｔｅ層５間の格子不整合が最少の場合でも
（ｘ＝１の場合でも）４％と極めて大きいため、直接的
な単純ヘテロエピタキシャル成長ではＣｄＢｅＴｅ層は
双晶化（多結晶化）し易く、十分高品質の結晶膜が得ら
れない。超格子層の挿入はＣｄＢｅＴｅ層５を容易に高
品質単結晶化するのに適している。この場合、ＣｄＢｅ
Ｔｅ層はＺｎＳｅ層上に接合するよう形成するのが良
い。
【００３３】本実施例の構成においては、Ｃｄ1-X Ｂｅ
X Ｔｅの組成はｘの値の広い範囲で（０≦ｘ≦１）選択
可能であるが、とくに０．７≦ｘ≦１．０の範囲が適し
ており、またＣｄＢｅＴｅ層の組成（ｘ）を変えて積層
化することにより、発光波長としては、ＣｄＢｅＴｅ層
より発光が生じる場合でも、例えば青色発光の波長範囲
である５００ｎｍ〜４３０ｎｍに設定するのがよい。
X Ｔｅの組成はｘの値の広い範囲で（０≦ｘ≦１）選択
可能であるが、とくに０．７≦ｘ≦１．０の範囲が適し
ており、またＣｄＢｅＴｅ層の組成（ｘ）を変えて積層
化することにより、発光波長としては、ＣｄＢｅＴｅ層
より発光が生じる場合でも、例えば青色発光の波長範囲
である５００ｎｍ〜４３０ｎｍに設定するのがよい。
【００３４】本実施例の接合型素子（ｘ＝０．９５の場
合）も同様に電圧印加により約４Ｖで電流１０ｍＡで青
紫色発光を示す。発光スペクトルは、４６０ｎｍにピー
クを持つブロードな青色発光帯と約４３０ｎｍにピーク
を持つ紫色帯からなり、前者は基板３からの青色発光、
後者は超格子層４からの紫色発光に対応しており、両者
の発光強度比は、印加電圧ならびに注入電流量によって
変化する。
合）も同様に電圧印加により約４Ｖで電流１０ｍＡで青
紫色発光を示す。発光スペクトルは、４６０ｎｍにピー
クを持つブロードな青色発光帯と約４３０ｎｍにピーク
を持つ紫色帯からなり、前者は基板３からの青色発光、
後者は超格子層４からの紫色発光に対応しており、両者
の発光強度比は、印加電圧ならびに注入電流量によって
変化する。
【００３５】また超格子層４の相対膜厚は、各層が０．
５〜１０ｎｍであれば良く、その場合すべての組み合わ
せが可能であるが、とくにＺｎＳｅｌｎｍ−ＺｎＳ９ｎ
ｍが適しており、該層４からの発光は超格子層の各膜厚
を変化させることにより、４３０ｎｍ発光から４６０ｎ
ｍまで変化させることが可能である。本実施例から明ら
かなように、本発明により、高輝度青色発光ダイオード
のみならず、紫色光を含めた高輝度短波長制御型の発光
素子を構成することが可能となった。 第３実施例 図３に本発明の第３の実施例を示す。
５〜１０ｎｍであれば良く、その場合すべての組み合わ
せが可能であるが、とくにＺｎＳｅｌｎｍ−ＺｎＳ９ｎ
ｍが適しており、該層４からの発光は超格子層の各膜厚
を変化させることにより、４３０ｎｍ発光から４６０ｎ
ｍまで変化させることが可能である。本実施例から明ら
かなように、本発明により、高輝度青色発光ダイオード
のみならず、紫色光を含めた高輝度短波長制御型の発光
素子を構成することが可能となった。 第３実施例 図３に本発明の第３の実施例を示す。
【００３６】本実施例における素子も前の例と同様ＭＢ
Ｅ法により製作した。図３において６は基板ＺｎＳ（１
００）ウェーハであり、第２の実施例と同様の抵抗率を
有するｎ型結晶である。７はＭＢＥエピタキシャル成長
させた１μｍ厚のＺｎＳ1-Z ＳｅZ 膜で、ｚは基板６か
らＣｄＢｅＴｅ成長層８に向かって０から１まで変化す
る組成傾斜型緩衝層であり、Ａｌ濃度１×１０18ｃ
ｍ-3，抵抗率は０．０５Ω・ｃｍである。ＺｎＳ1-Z Ｓ
ｅZ 緩衝層７上には、第１の実施例と同一条件で形成さ
れた抵抗率０．１Ω・ｃｍのｐ型ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ層
８が２μｍの膜厚で積層されている。４０，５０は前記
２つの実施例と同様に形成された電極である。
Ｅ法により製作した。図３において６は基板ＺｎＳ（１
００）ウェーハであり、第２の実施例と同様の抵抗率を
有するｎ型結晶である。７はＭＢＥエピタキシャル成長
させた１μｍ厚のＺｎＳ1-Z ＳｅZ 膜で、ｚは基板６か
らＣｄＢｅＴｅ成長層８に向かって０から１まで変化す
る組成傾斜型緩衝層であり、Ａｌ濃度１×１０18ｃ
ｍ-3，抵抗率は０．０５Ω・ｃｍである。ＺｎＳ1-Z Ｓ
ｅZ 緩衝層７上には、第１の実施例と同一条件で形成さ
れた抵抗率０．１Ω・ｃｍのｐ型ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ層
８が２μｍの膜厚で積層されている。４０，５０は前記
２つの実施例と同様に形成された電極である。
【００３７】本実施例の構成は、前記の第２の実施例と
ほぼ同様の効果を有するが、特に、発光層として働く。
ＺｎＳ1-Z ＳｅZ 層７ならびに基板ＺｎＳ：Ａｌ６は、
いずれも発光に寄与するが、特に低電圧では緩衝層７の
ＺｎＳｅの組成を有する固溶体領域での４６０ｎｍ狭帯
発光が強く、高印加電圧下・高電流密度注入条件下では
基板ＺｎＳ組成に伸びる高ＺｎＳ組成領域での発光が増
強され、５００ｎｍ以下の青色発光帯が幅広く広がり発
光輝度が増大する。特にＺｎＳＳｅ７層でのＺｎＳｅ層
を０．５〜２μｍ程度に増加することにより、高品質の
ＺｎＳｅ発光層を形成することが可能であり、その場合
には、発光スペクトルは半値幅８０ｎｍ，ピーク４６０
ｎｍ（２．６５ｅＶ）の強い単色青色発光を呈すること
が可能である。
ほぼ同様の効果を有するが、特に、発光層として働く。
ＺｎＳ1-Z ＳｅZ 層７ならびに基板ＺｎＳ：Ａｌ６は、
いずれも発光に寄与するが、特に低電圧では緩衝層７の
ＺｎＳｅの組成を有する固溶体領域での４６０ｎｍ狭帯
発光が強く、高印加電圧下・高電流密度注入条件下では
基板ＺｎＳ組成に伸びる高ＺｎＳ組成領域での発光が増
強され、５００ｎｍ以下の青色発光帯が幅広く広がり発
光輝度が増大する。特にＺｎＳＳｅ７層でのＺｎＳｅ層
を０．５〜２μｍ程度に増加することにより、高品質の
ＺｎＳｅ発光層を形成することが可能であり、その場合
には、発光スペクトルは半値幅８０ｎｍ，ピーク４６０
ｎｍ（２．６５ｅＶ）の強い単色青色発光を呈すること
が可能である。
【００３８】本実施例からも明白にわかるように、本発
明が新規な高輝度青色発光素子を提供できることを示し
ている。 第４実施例 図４に本発明の第４の実施例を示す。図４に於いて、９
はｎ型ＧａＡｓ（１００）基板、１０はＧａを添加して
ＭＢＥエピタキシャル成長された１０μｍ厚のｎ型Ｚｎ
Ｓｅ膜，１１はＺｎＳｅ膜上に前記と同様にＡｓを添加
してＭＢＥ成長された２μｍ厚のｐ型ＣｄＢｅＴｅ膜で
ある。
明が新規な高輝度青色発光素子を提供できることを示し
ている。 第４実施例 図４に本発明の第４の実施例を示す。図４に於いて、９
はｎ型ＧａＡｓ（１００）基板、１０はＧａを添加して
ＭＢＥエピタキシャル成長された１０μｍ厚のｎ型Ｚｎ
Ｓｅ膜，１１はＺｎＳｅ膜上に前記と同様にＡｓを添加
してＭＢＥ成長された２μｍ厚のｐ型ＣｄＢｅＴｅ膜で
ある。
【００３９】本実施例に於いては、ＧａＡｓ基板９と第
１のエピタキシャル層ＺｎＳｅ：Ｇａ１０の格子不整合
度が約０．３％，他方該第１のエピタキシャル層ＺｎＳ
ｅ：Ｇａと第２のエピタキシャル層ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ
１１の格子不整合度は０．１％以下で、しかも基板側か
ら第２のエピタキシャル層方向に格子定数が減少してお
り、基板エピタキシャル層１０およびエピタキシャル層
１１間で格子の歪みは比較的小さい。各層の特性は、第
１の実施例でも示したのとほぼ同様であり、５μｍ厚の
ＺｎＳｅ：Ｇａ層１０は１Ω・ｃｍであり、発光素子と
しての特性は、ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ層１１は０．１Ω・
ｃｍであり、ＣｄＢｅＴｅ層１１からＺｎＳｅ層１０へ
の正孔の注入により、ＺｎＳｅ層においてバンドギャッ
プでの電子−正孔の再結合発光が生じる。本実施例に於
いては、従来例（第２６図）のＺｎＳｅ：Ｏ注入層と比
較して、ＣｄＢｅＴｅ注入層中のｐ型不純物の活性度が
最大で５０％と極めて高く、また注入型のＣｄＢｅＴｅ
のバンドギャップがＺｎＳｅと比較して約０．７ｅＶだ
け大きいために、注入効率が極めて高くなり（従来例と
比較すると室温の特性において７００倍程度以上に向上
する）室温に於いても、発光強度が極めて高く、ピーク
波長が４６０ｎｍの高輝度青色発光を観測することがで
きた。
１のエピタキシャル層ＺｎＳｅ：Ｇａ１０の格子不整合
度が約０．３％，他方該第１のエピタキシャル層ＺｎＳ
ｅ：Ｇａと第２のエピタキシャル層ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ
１１の格子不整合度は０．１％以下で、しかも基板側か
ら第２のエピタキシャル層方向に格子定数が減少してお
り、基板エピタキシャル層１０およびエピタキシャル層
１１間で格子の歪みは比較的小さい。各層の特性は、第
１の実施例でも示したのとほぼ同様であり、５μｍ厚の
ＺｎＳｅ：Ｇａ層１０は１Ω・ｃｍであり、発光素子と
しての特性は、ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ層１１は０．１Ω・
ｃｍであり、ＣｄＢｅＴｅ層１１からＺｎＳｅ層１０へ
の正孔の注入により、ＺｎＳｅ層においてバンドギャッ
プでの電子−正孔の再結合発光が生じる。本実施例に於
いては、従来例（第２６図）のＺｎＳｅ：Ｏ注入層と比
較して、ＣｄＢｅＴｅ注入層中のｐ型不純物の活性度が
最大で５０％と極めて高く、また注入型のＣｄＢｅＴｅ
のバンドギャップがＺｎＳｅと比較して約０．７ｅＶだ
け大きいために、注入効率が極めて高くなり（従来例と
比較すると室温の特性において７００倍程度以上に向上
する）室温に於いても、発光強度が極めて高く、ピーク
波長が４６０ｎｍの高輝度青色発光を観測することがで
きた。
【００４０】第１の実施例ならびに、本実施例からも明
らかなように、本発明はＺｎＳｅ高輝度青色ＬＥＤの新
規な基本的構成法を提供することは極めて明らかであ
る。 第５実施例 図５に本発明の第５の実施例を示す。本実施例に於いて
は、基板としてＺｎＳＳｅ固溶体単結晶を用いたもので
ある。本構成を用いることにより、基板ＺｎＳＳｅ結晶
とエピタキシャルＣｄＢｅＴｅ結晶において、格子整合
が可能である。図５に於いて、１２はｎ型ＺｎＳ0.10Ｓ
ｅ0.90（１００）基板ウェーハであり、第２，第３の実
施例と同様に沃素輸送法で成長させたバルク単結晶を実
施例２，３と同様に低抵抗化処理を施し、１Ω・ｃｍ程
度とした後切り出し、０．３μｍ粒径の砥粒で機械研磨
の後、５％の臭素（Ｂｒ）を含むメタノール（ＣＨ3 Ｏ
Ｈ）液を用いて化学エッチングして１〜３×１０-10 To
rrの超高真空中で加熱処理を施したものである。ＺｎＳ
0.10Ｓｅ 0.90結晶はバンドギャップエネルギーが約２．
８ｅＶであり、吸収端波長は４４３ｎｍに対応してい
る。したがって、本実施例は、格子整合を取ることと同
時に、さらに、ワイドギャップ注入層を形成できる構成
方法である。１３は、上記基板１２上に形成されたＣｄ
ＢｅＴｅエピタキシャル層である。Ｃｄ分子ビーム圧力
１．５×１０-8Torr，Ｂｅ分子ビーム圧力３×１０-7To
rr，Ｔｅビーム圧力２．８×１０-7Torr，Ａｓビーム圧
力１×１０-9Torr，基板温度２５０℃、真空度２×１０
-10 Torr下で、膜厚３μｍ（３時間成長）としているこ
のｐ型ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ層１３は高濃度Ａｓ添加（ｐ
型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０16〜１×１０19ｃ
ｍ-3が好ましい）によりキャリア濃度８．５×１０18ｃ
ｍ-3抵抗率０．０１Ω・ｃｍであり、電流（正孔）注入
層として極めて好適である。このようにして形成された
ＣｄＢｅＴｅ層は結晶成長初期より、反射高速電子線回
折パターンから明確に評価されている通り、結晶性が極
めて良好である。
らかなように、本発明はＺｎＳｅ高輝度青色ＬＥＤの新
規な基本的構成法を提供することは極めて明らかであ
る。 第５実施例 図５に本発明の第５の実施例を示す。本実施例に於いて
は、基板としてＺｎＳＳｅ固溶体単結晶を用いたもので
ある。本構成を用いることにより、基板ＺｎＳＳｅ結晶
とエピタキシャルＣｄＢｅＴｅ結晶において、格子整合
が可能である。図５に於いて、１２はｎ型ＺｎＳ0.10Ｓ
ｅ0.90（１００）基板ウェーハであり、第２，第３の実
施例と同様に沃素輸送法で成長させたバルク単結晶を実
施例２，３と同様に低抵抗化処理を施し、１Ω・ｃｍ程
度とした後切り出し、０．３μｍ粒径の砥粒で機械研磨
の後、５％の臭素（Ｂｒ）を含むメタノール（ＣＨ3 Ｏ
Ｈ）液を用いて化学エッチングして１〜３×１０-10 To
rrの超高真空中で加熱処理を施したものである。ＺｎＳ
0.10Ｓｅ 0.90結晶はバンドギャップエネルギーが約２．
８ｅＶであり、吸収端波長は４４３ｎｍに対応してい
る。したがって、本実施例は、格子整合を取ることと同
時に、さらに、ワイドギャップ注入層を形成できる構成
方法である。１３は、上記基板１２上に形成されたＣｄ
ＢｅＴｅエピタキシャル層である。Ｃｄ分子ビーム圧力
１．５×１０-8Torr，Ｂｅ分子ビーム圧力３×１０-7To
rr，Ｔｅビーム圧力２．８×１０-7Torr，Ａｓビーム圧
力１×１０-9Torr，基板温度２５０℃、真空度２×１０
-10 Torr下で、膜厚３μｍ（３時間成長）としているこ
のｐ型ＣｄＢｅＴｅ：Ａｓ層１３は高濃度Ａｓ添加（ｐ
型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０16〜１×１０19ｃ
ｍ-3が好ましい）によりキャリア濃度８．５×１０18ｃ
ｍ-3抵抗率０．０１Ω・ｃｍであり、電流（正孔）注入
層として極めて好適である。このようにして形成された
ＣｄＢｅＴｅ層は結晶成長初期より、反射高速電子線回
折パターンから明確に評価されている通り、結晶性が極
めて良好である。
【００４１】本実施例に示している構造の発光素子は、
ＺｎＳＳｅ基板１２とＣｄＢｅＴｅエピタキシャル層１
３間の界面近傍に於いても不整合に起因する結晶格子の
乱れた欠陥界面層が存在しないため、界面成長層の欠陥
濃度が極めて低く、低電圧印加時の特性も極めて良好で
あり、１．５Ｖ電圧印加時に１０ｍＡ以上の電流を流す
ことが可能となる。そして電流注入再結合により、発光
ピーク波長が４４３ｎｍで５０ｍｃｄ以上の輝度を有す
る極めて高輝度な青紫色発光を呈する。
ＺｎＳＳｅ基板１２とＣｄＢｅＴｅエピタキシャル層１
３間の界面近傍に於いても不整合に起因する結晶格子の
乱れた欠陥界面層が存在しないため、界面成長層の欠陥
濃度が極めて低く、低電圧印加時の特性も極めて良好で
あり、１．５Ｖ電圧印加時に１０ｍＡ以上の電流を流す
ことが可能となる。そして電流注入再結合により、発光
ピーク波長が４４３ｎｍで５０ｍｃｄ以上の輝度を有す
る極めて高輝度な青紫色発光を呈する。
【００４２】本実施例の構造を形成する場合には、Ｚｎ
Ｓ1-Z ＳｅZ の組成範囲としてはｚ＝０．７５〜１．０
が好適であるが、Ｃｄ1-X ＢｅX Ｔｅエピタキシャル層
１３との界面付近では、組成をｘ組成に対応させてｚ＝
０．８３〜１．０近傍に近付けることが好ましい。本実
施例で示したように、本発明は高輝度短波長発光ダイオ
ードの製造上極めて有用である。
Ｓ1-Z ＳｅZ の組成範囲としてはｚ＝０．７５〜１．０
が好適であるが、Ｃｄ1-X ＢｅX Ｔｅエピタキシャル層
１３との界面付近では、組成をｘ組成に対応させてｚ＝
０．８３〜１．０近傍に近付けることが好ましい。本実
施例で示したように、本発明は高輝度短波長発光ダイオ
ードの製造上極めて有用である。
【００４３】なお、４０はＩｎ−Ａｌ負電極、５０はＡ
ｕ正電極である。 第６実施例 図６に本発明の第６の実施例となる素子構造図を示す。
図６に於いて、１４はｎ型低抵抗ＺｎＳ（１００）：Ａ
ｌ基板、１５は（ＭＢＥ）エピタキシャルｎ型低抵抗Ｚ
ｎＳｅ（１００）：Ｇａ層、１６は同ｐ型低抵抗ＣｄＢ
ｅＴｅ（１００）：Ａｓ層であり、既に１〜４までの実
施例に於いて示してきたのと同様の基板を用い、かつ同
程度のエピタキシャル膜の特性を持たせ得る。
ｕ正電極である。 第６実施例 図６に本発明の第６の実施例となる素子構造図を示す。
図６に於いて、１４はｎ型低抵抗ＺｎＳ（１００）：Ａ
ｌ基板、１５は（ＭＢＥ）エピタキシャルｎ型低抵抗Ｚ
ｎＳｅ（１００）：Ｇａ層、１６は同ｐ型低抵抗ＣｄＢ
ｅＴｅ（１００）：Ａｓ層であり、既に１〜４までの実
施例に於いて示してきたのと同様の基板を用い、かつ同
程度のエピタキシャル膜の特性を持たせ得る。
【００４４】基板１４として用いるＺｎＳ：Ａｌ（１０
０），ｎ型エピタキシャル基板１５の特性は抵抗率０．
１〜１０Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１０16〜３×１０18ｃ
ｍ-3，ならびに層厚０．５μｍ以上であること（あるい
は基板１４とエピタキシャル発光層基板層１５間に緩衝
層１４’を設ける場合には０．３〜５μｍであること）
が好ましく、電流注入層１６として形成するＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓ（あるいはＰ）の抵抗率は２０〜０．００５Ω
・ｃｍ，キャリヤ濃度は１０16〜５×１５19ｃｍ-3が好
ましく、また発光層１５の不純物元素としてはＧａ，Ａ
ｌ以外にもインジウム（Ｉｎ），塩素（Ｃｌ），沃素
（Ｉ），臭素（Ｂｒ），フッ素（Ｆ）等を用いることが
好ましく、電流注入層１６の不純物元素としては、Ａ
ｓ，Ｐ以外にも窒素（Ｎ），アンモチン（Ｓｂ），リチ
ウム（Ｌｉ），ナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ）等
を用いることが好ましい。
０），ｎ型エピタキシャル基板１５の特性は抵抗率０．
１〜１０Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１０16〜３×１０18ｃ
ｍ-3，ならびに層厚０．５μｍ以上であること（あるい
は基板１４とエピタキシャル発光層基板層１５間に緩衝
層１４’を設ける場合には０．３〜５μｍであること）
が好ましく、電流注入層１６として形成するＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓ（あるいはＰ）の抵抗率は２０〜０．００５Ω
・ｃｍ，キャリヤ濃度は１０16〜５×１５19ｃｍ-3が好
ましく、また発光層１５の不純物元素としてはＧａ，Ａ
ｌ以外にもインジウム（Ｉｎ），塩素（Ｃｌ），沃素
（Ｉ），臭素（Ｂｒ），フッ素（Ｆ）等を用いることが
好ましく、電流注入層１６の不純物元素としては、Ａ
ｓ，Ｐ以外にも窒素（Ｎ），アンモチン（Ｓｂ），リチ
ウム（Ｌｉ），ナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ）等
を用いることが好ましい。
【００４５】本実施例で示した素子構造は、特に第２の
実施例，第３の実施例，第５の実施例と同様にして、発
光層領域以外は発光に対してそのバンドギャップを透明
に設定できるため、特に注入発光の基板エピタキシャル
層による再吸収のない素子の構成が必要な場合に於いて
極めて有用である。 第７実施例 図７に本発明の第７の実施例を示す。
実施例，第３の実施例，第５の実施例と同様にして、発
光層領域以外は発光に対してそのバンドギャップを透明
に設定できるため、特に注入発光の基板エピタキシャル
層による再吸収のない素子の構成が必要な場合に於いて
極めて有用である。 第７実施例 図７に本発明の第７の実施例を示す。
【００４６】本実施例では、高抵抗ＺｎＳ（１００）単
結晶基板１７上に順次形成したＣｄＢｅＴｅ固溶体エピ
タキシャル単結晶２０を電流注入層として有する超高輝
度ＺｎＳｅ青色ＬＥＤの素子構成例を提供する。図７に
於いて、１７は沃素輸送法で育成したＺｎＳバルク単結
晶から切り出し作成した厚さ３００μｍのＺｎＳ（１０
０）基板，１８は上記基板１７上に、既に前記実施例に
示したと同様なプロセスを経て、ＭＢＥ法で形成したＺ
ｎＳ（５ｎｍ層厚）とＺｎＳｅ（５ｎｍ層厚）が順次１
００層づつ積層されて１μｍの層厚を有するＺｎＳ／Ｚ
ｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ）超格子からなるＺｎＳ／Ｚｎ
Ｓｅ：Ａｌのｎ型緩衝導電層である。この緩衝層中のＺ
ｎＳ層にはＡｌがｎ型不純物として３×１０19ｃｍ-3添
加されており、１８層内の平均抵抗率は０．００２Ω・
ｃｍであり緩衝導電層として作用する。１９は超格子導
電層上に形成された発光層であり、０．５μｍ〜６μｍ
の層厚でＡｌがｎ型不純物として１０16〜１０19ｃｍ-3
の範囲で添加され、抵抗率１〜０．０１Ω・ｃｍ程度の
低抵抗を有することが好ましく、この範囲に於いては、
ＺｎＳｅ：Ａｌ層は低抵抗かつ、発光特性に於いてもバ
ンド端発光（４６０ｍ）のみを示す良質な単結晶膜とな
る。１９層の膜厚はさらに薄くも厚くも可能であるが、
特に厚い場合には１９層の自己再吸収により発光効率と
しては低下するため、必要以上に厚い膜は好ましくな
い。発光層１９上に形成されたＣｄ0.05Ｂｅ0.95Ｔｅ：
Ａｓのｐ型電流注入層２０はＺｎＳｅ発光層１９と格子
整合がよい固溶体エピタキシャル膜であり、高品質な単
結晶膜となる。注入層２０に於いては、特に膜厚の制限
は無く、またｐ型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０16
〜５×１０19ｃｍ-3の範囲で添加することが好ましく、
抵抗率０．０１Ω・ｃｍ〜１Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１
×１０16〜９×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。本
注入層２０はバンドギャップ３．４ｅＶであり、ＺｎＳ
ｅ発光層１９に対する高い注入効率を有する注入層とし
て働く。４０，５０は第１から第６の実施例までほぼ共
通するそれぞれＡｌ，Ａｕから成る負電極，正電極であ
る。これらの電極層の形成は、半導体層１８〜２０が形
成されるＭＢＥエピタキシャル真空室と搬送室を隔てて
設置された、電極形成室ならびに反応正イオンビームエ
ッチング（ＲＩＢＥ）室に於いて、全て真空中で行うの
が好ましい。
結晶基板１７上に順次形成したＣｄＢｅＴｅ固溶体エピ
タキシャル単結晶２０を電流注入層として有する超高輝
度ＺｎＳｅ青色ＬＥＤの素子構成例を提供する。図７に
於いて、１７は沃素輸送法で育成したＺｎＳバルク単結
晶から切り出し作成した厚さ３００μｍのＺｎＳ（１０
０）基板，１８は上記基板１７上に、既に前記実施例に
示したと同様なプロセスを経て、ＭＢＥ法で形成したＺ
ｎＳ（５ｎｍ層厚）とＺｎＳｅ（５ｎｍ層厚）が順次１
００層づつ積層されて１μｍの層厚を有するＺｎＳ／Ｚ
ｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ）超格子からなるＺｎＳ／Ｚｎ
Ｓｅ：Ａｌのｎ型緩衝導電層である。この緩衝層中のＺ
ｎＳ層にはＡｌがｎ型不純物として３×１０19ｃｍ-3添
加されており、１８層内の平均抵抗率は０．００２Ω・
ｃｍであり緩衝導電層として作用する。１９は超格子導
電層上に形成された発光層であり、０．５μｍ〜６μｍ
の層厚でＡｌがｎ型不純物として１０16〜１０19ｃｍ-3
の範囲で添加され、抵抗率１〜０．０１Ω・ｃｍ程度の
低抵抗を有することが好ましく、この範囲に於いては、
ＺｎＳｅ：Ａｌ層は低抵抗かつ、発光特性に於いてもバ
ンド端発光（４６０ｍ）のみを示す良質な単結晶膜とな
る。１９層の膜厚はさらに薄くも厚くも可能であるが、
特に厚い場合には１９層の自己再吸収により発光効率と
しては低下するため、必要以上に厚い膜は好ましくな
い。発光層１９上に形成されたＣｄ0.05Ｂｅ0.95Ｔｅ：
Ａｓのｐ型電流注入層２０はＺｎＳｅ発光層１９と格子
整合がよい固溶体エピタキシャル膜であり、高品質な単
結晶膜となる。注入層２０に於いては、特に膜厚の制限
は無く、またｐ型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０16
〜５×１０19ｃｍ-3の範囲で添加することが好ましく、
抵抗率０．０１Ω・ｃｍ〜１Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１
×１０16〜９×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。本
注入層２０はバンドギャップ３．４ｅＶであり、ＺｎＳ
ｅ発光層１９に対する高い注入効率を有する注入層とし
て働く。４０，５０は第１から第６の実施例までほぼ共
通するそれぞれＡｌ，Ａｕから成る負電極，正電極であ
る。これらの電極層の形成は、半導体層１８〜２０が形
成されるＭＢＥエピタキシャル真空室と搬送室を隔てて
設置された、電極形成室ならびに反応正イオンビームエ
ッチング（ＲＩＢＥ）室に於いて、全て真空中で行うの
が好ましい。
【００４７】Ａｌは１０-8Torr以下で真空蒸着（あるい
は電子ビーム蒸着）、またＡｕも同様に１０-9Torr以下
の真空中で堆積した。１８層，２０層の結晶表面は大気
中あるいは低真空（１０-5Torr以上）では容易に変化す
るので、４０，５０の負のならびに正電極ともに、十分
なオーム性電極形成が困難であり、１０-8Torr以下の真
空度を有する超高真空中での形成が好ましい。
は電子ビーム蒸着）、またＡｕも同様に１０-9Torr以下
の真空中で堆積した。１８層，２０層の結晶表面は大気
中あるいは低真空（１０-5Torr以上）では容易に変化す
るので、４０，５０の負のならびに正電極ともに、十分
なオーム性電極形成が困難であり、１０-8Torr以下の真
空度を有する超高真空中での形成が好ましい。
【００４８】このようにして製作した本実施例の発光素
子は、先の実施例６と同様に極めて低い印加電圧１．５
Ｖ以下で、１ｍＡ以上の電流を流すことが可能であり、
低駆動電流時に於いてもピーク波長４６０ｎｍの青色発
光帯の発光輝度は５０ｍｃｄを越えて、極めて高輝度か
つ色純度の高い青色発光ダイオード特性を得ることが可
能となった。
子は、先の実施例６と同様に極めて低い印加電圧１．５
Ｖ以下で、１ｍＡ以上の電流を流すことが可能であり、
低駆動電流時に於いてもピーク波長４６０ｎｍの青色発
光帯の発光輝度は５０ｍｃｄを越えて、極めて高輝度か
つ色純度の高い青色発光ダイオード特性を得ることが可
能となった。
【００４９】本実施例においても明らかに示されたよう
に、本発明は、産業上極めて重要な超高輝度青色発光ダ
イオードを初めとする多種類の特性が著しく向上した短
波長発光素子の製造にかかわる基本的有用性を有する。 第８実施例 図８に本発明の第８の実施例を示す。
に、本発明は、産業上極めて重要な超高輝度青色発光ダ
イオードを初めとする多種類の特性が著しく向上した短
波長発光素子の製造にかかわる基本的有用性を有する。 第８実施例 図８に本発明の第８の実施例を示す。
【００５０】図８には、Ｓｉ基板上に形成される本発明
の化合物半導体発光素子の例を示す。本実施例は、Ｓｉ
集積回路あるいはＳｉ検出器等との結合型機能性発光素
子の単位素子を構成するものである。図８に於いて２１
はＳｉ（１００）基板，２２はその上へ形成されたＺｎ
Ｓ：Ｃｌエピタキシャル膜，２３はさらにその上へ形成
されたＣｄＢｅＴｅ：Ｓｂエピタキシャル膜である。本
構造の発光素子構成に於いては、Ｓｉ（１００）基板２
１上に、ＭＢＥ法を用いて、真空度１×１０-10 Torr以
下でＺｎビーム強度１×１０-6Torr，Ｓビーム強度５×
１０-6Torr，ｎ型不純物としてのＣｌビーム強度５×１
０-9Torr，基板温度２６０℃で１０μｍのｎ型ＺｎＳ：
Ｃｌ層を形成した。
の化合物半導体発光素子の例を示す。本実施例は、Ｓｉ
集積回路あるいはＳｉ検出器等との結合型機能性発光素
子の単位素子を構成するものである。図８に於いて２１
はＳｉ（１００）基板，２２はその上へ形成されたＺｎ
Ｓ：Ｃｌエピタキシャル膜，２３はさらにその上へ形成
されたＣｄＢｅＴｅ：Ｓｂエピタキシャル膜である。本
構造の発光素子構成に於いては、Ｓｉ（１００）基板２
１上に、ＭＢＥ法を用いて、真空度１×１０-10 Torr以
下でＺｎビーム強度１×１０-6Torr，Ｓビーム強度５×
１０-6Torr，ｎ型不純物としてのＣｌビーム強度５×１
０-9Torr，基板温度２６０℃で１０μｍのｎ型ＺｎＳ：
Ｃｌ層を形成した。
【００５１】Ｓｉ（１００）基板２１表面は、１×１０
-10 Torrの超高真空中で、基板温度５００℃以上で塩素
（ＺｎＣｌ2)ビームを照射し、あらかじめ酸化膜を除去
する等の表面クリーニングを行うことにより、十分なエ
ピタキシャル成長膜を得ることが出来る。ＺｎＳ層２２
は、上記Ｓｉ基板クリーニング後、基板温度を２６０℃
に設定すると同時に成長を行った。
-10 Torrの超高真空中で、基板温度５００℃以上で塩素
（ＺｎＣｌ2)ビームを照射し、あらかじめ酸化膜を除去
する等の表面クリーニングを行うことにより、十分なエ
ピタキシャル成長膜を得ることが出来る。ＺｎＳ層２２
は、上記Ｓｉ基板クリーニング後、基板温度を２６０℃
に設定すると同時に成長を行った。
【００５２】ＣｄＢｅＴｅ層２３にはｐ型不純物として
Ｓｂを選び、Ｃｄ分子ビーム０．４×１０-7Torr，Ｂｅ
分子ビーム７×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム７．５×１
０-7Torr，Ｓｂ分子ビーム１×１０-9Torrの条件下で２
μｍのＣｄＢｅＴｅ：Ｓｂ層を形成し、ｐ型注入発光層
とした。本実施例の構造で形成する注入発光層としての
ｎ型ＺｎＳ層２２はＣｌやＡｌ等の不純物を大量に添加
することにより、双晶を含まない単結晶層となり、また
同様にｐ型ＣｄＢｅＴｅ層についても、多量の不純物添
加が必要である。ＺｎＳ：Ｃｌ層２２のＡｌ（Ｃｌ）濃
度は１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3であること、ＣｄＢ
ｅＴｅ：Ｓｂ層のＳｂ濃度は５×１０17−８×１０19ｃ
ｍ-3であることが好ましい。ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層の
抵抗率は０．００１〜１０Ω・ｃｍ，ＣｄＢｅＴｅ：Ｓ
ｂ層については０．００５〜１０Ω・ｃｍであることが
適している。このように形成されたＣｄＢｅＴｅ層２
３，ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層２２は室温においてそれぞ
れ２．７５〜３．５ｅＶ，２．７５〜２．８５ｅＶに発
光ピーク波長を持つ強い青色発光，紫外光を示す。Ｓｉ
基板の一部をＨＦ系のエッチング液を用いて化学エッチ
ングして除去し、露出したＺｎＳ層２２はＣＦ4 ガスを
用いた反応性ドライエッチング法（ガス圧０．１Torr，
高周波入力２００ｍＷの条件下で）により、表面除去し
たのち、Ａｌ電極４０を電子ビーム蒸着法を用いて１×
１０-9Torrの真空中で形成した。ＣｄＢｅＴｅ層２３へ
のＡｕ電極は先の実施例と同様に形成した。このように
して構成したＣｄＢｅＴｅ／ＺｎＳ／Ｓｉ型発光素子も
印加電圧５Ｖ，電流２０ｍＡでピーク発光波長４５０ｎ
ｍの強い青色発光を示し、青色発光ダイオード製造上有
用である。
Ｓｂを選び、Ｃｄ分子ビーム０．４×１０-7Torr，Ｂｅ
分子ビーム７×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム７．５×１
０-7Torr，Ｓｂ分子ビーム１×１０-9Torrの条件下で２
μｍのＣｄＢｅＴｅ：Ｓｂ層を形成し、ｐ型注入発光層
とした。本実施例の構造で形成する注入発光層としての
ｎ型ＺｎＳ層２２はＣｌやＡｌ等の不純物を大量に添加
することにより、双晶を含まない単結晶層となり、また
同様にｐ型ＣｄＢｅＴｅ層についても、多量の不純物添
加が必要である。ＺｎＳ：Ｃｌ層２２のＡｌ（Ｃｌ）濃
度は１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3であること、ＣｄＢ
ｅＴｅ：Ｓｂ層のＳｂ濃度は５×１０17−８×１０19ｃ
ｍ-3であることが好ましい。ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層の
抵抗率は０．００１〜１０Ω・ｃｍ，ＣｄＢｅＴｅ：Ｓ
ｂ層については０．００５〜１０Ω・ｃｍであることが
適している。このように形成されたＣｄＢｅＴｅ層２
３，ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層２２は室温においてそれぞ
れ２．７５〜３．５ｅＶ，２．７５〜２．８５ｅＶに発
光ピーク波長を持つ強い青色発光，紫外光を示す。Ｓｉ
基板の一部をＨＦ系のエッチング液を用いて化学エッチ
ングして除去し、露出したＺｎＳ層２２はＣＦ4 ガスを
用いた反応性ドライエッチング法（ガス圧０．１Torr，
高周波入力２００ｍＷの条件下で）により、表面除去し
たのち、Ａｌ電極４０を電子ビーム蒸着法を用いて１×
１０-9Torrの真空中で形成した。ＣｄＢｅＴｅ層２３へ
のＡｕ電極は先の実施例と同様に形成した。このように
して構成したＣｄＢｅＴｅ／ＺｎＳ／Ｓｉ型発光素子も
印加電圧５Ｖ，電流２０ｍＡでピーク発光波長４５０ｎ
ｍの強い青色発光を示し、青色発光ダイオード製造上有
用である。
【００５３】また、本実施例の発光素子はＳｉ基板２１
中に作り込まれたＳｉ光検出器ＳｉＩＣ，ＳｉＣＣＤ等
からの出力を制御信号としてＣｄＢｅＴｅ／ＺｎＳ発光
部の電流・電圧制御を行うことにより、極めて出力安定
度の高い発光出力制御型発光素子等の機能ＬＥＤ素子へ
の出力光変調型発光素子として利用上極めて有用であ
る。 第９実施例 図９に本発明の第９の実施例を示す。
中に作り込まれたＳｉ光検出器ＳｉＩＣ，ＳｉＣＣＤ等
からの出力を制御信号としてＣｄＢｅＴｅ／ＺｎＳ発光
部の電流・電圧制御を行うことにより、極めて出力安定
度の高い発光出力制御型発光素子等の機能ＬＥＤ素子へ
の出力光変調型発光素子として利用上極めて有用であ
る。 第９実施例 図９に本発明の第９の実施例を示す。
【００５４】図９に於いて、２４はＧｅ（１００）基板
であり、２５はＺｎＳｅ：Ａｌエピタキシャル層，２６
はＣｄＢｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、基本的
な構成は、基板Ｇｅ（１００）以外は実施例１とほぼ同
様にして形成できる。本実施例に於いては、各エピタキ
シャル形成後、ＣｄＢｅＴｅ層２６の一部が反応性イオ
ンエッチングにより除去されており、発光素子用電極４
０，５０がプレーナー型に形成されており、ＺｎＳｅ／
Ｇｅ接合系からなる光検出素子のための電極４０，６０
が別途に設けられている。
であり、２５はＺｎＳｅ：Ａｌエピタキシャル層，２６
はＣｄＢｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、基本的
な構成は、基板Ｇｅ（１００）以外は実施例１とほぼ同
様にして形成できる。本実施例に於いては、各エピタキ
シャル形成後、ＣｄＢｅＴｅ層２６の一部が反応性イオ
ンエッチングにより除去されており、発光素子用電極４
０，５０がプレーナー型に形成されており、ＺｎＳｅ／
Ｇｅ接合系からなる光検出素子のための電極４０，６０
が別途に設けられている。
【００５５】このような構成のＣｄＢｅＴｅ／ＺｎＳｅ
型青色ＬＥＤは第１，第８の実施例と同様に光出力制御
型ＬＥＤとして有用である。 第１０実施例 図１０に本発明の第１０の実施例を示す。図１０に於い
ては、２７はｎ型ＧａＰ（１００）基板，２８はＺｎ
Ｓ：Ｇａのｎ型エピタキシャル層，２９はＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓのｐ型エピタキシャル層である。このようにし
て構成された本実施例の発光素子は、ＣｄＢｅＴｅ／Ｚ
ｎＳ青色発光部より発生した青色発光（４６０ｎｍ）の
一部がＧａＰ基板を励起することにより緑色光（５５５
ｎｍ）を生ずるため、青色光と同時に緑色光を発生する
ことが可能な２発光バンド素子，色調可変素子として極
めて有用である。
型青色ＬＥＤは第１，第８の実施例と同様に光出力制御
型ＬＥＤとして有用である。 第１０実施例 図１０に本発明の第１０の実施例を示す。図１０に於い
ては、２７はｎ型ＧａＰ（１００）基板，２８はＺｎ
Ｓ：Ｇａのｎ型エピタキシャル層，２９はＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓのｐ型エピタキシャル層である。このようにし
て構成された本実施例の発光素子は、ＣｄＢｅＴｅ／Ｚ
ｎＳ青色発光部より発生した青色発光（４６０ｎｍ）の
一部がＧａＰ基板を励起することにより緑色光（５５５
ｎｍ）を生ずるため、青色光と同時に緑色光を発生する
ことが可能な２発光バンド素子，色調可変素子として極
めて有用である。
【００５６】特に、ＧａＰ基板あるいは、成長層側の一
部をエッチングにより除去することにより純青色ならび
に純緑色の高輝度発光ダイオードを構成することができ
る為、ＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ等の発光ダイオードと
組み合わせることにより高輝度白色ダイオードを構成す
る上で極めて有用である。 第１１実施例 図１１は本発明の第１１の実施例を示したものであり、
同図に於いて３０はＺｎＳ（１００）基板，３１はｎ型
ＺｎＳ：Ａｌエピタキシャル層，３２はｐ型ＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、既に説明した第２の
実施例とほぼ同様であるが、プレーナ型電極構造をと
り、基板ＺｎＳ３０より強い青色発光を放射することの
可能な高輝度青色発光ダイオードである。
部をエッチングにより除去することにより純青色ならび
に純緑色の高輝度発光ダイオードを構成することができ
る為、ＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ等の発光ダイオードと
組み合わせることにより高輝度白色ダイオードを構成す
る上で極めて有用である。 第１１実施例 図１１は本発明の第１１の実施例を示したものであり、
同図に於いて３０はＺｎＳ（１００）基板，３１はｎ型
ＺｎＳ：Ａｌエピタキシャル層，３２はｐ型ＣｄＢｅＴ
ｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、既に説明した第２の
実施例とほぼ同様であるが、プレーナ型電極構造をと
り、基板ＺｎＳ３０より強い青色発光を放射することの
可能な高輝度青色発光ダイオードである。
【００５７】本実施例の構成は、特に平面ディスプレイ
等の画面化を指向した青色を含む高輝度発光デバイス用
として極めて有用である。 第１２実施例 基板結晶としてＺｎＳｅを用いた発光素子を例にとっ
て、本発明の第１２の実施例を説明する。
等の画面化を指向した青色を含む高輝度発光デバイス用
として極めて有用である。 第１２実施例 基板結晶としてＺｎＳｅを用いた発光素子を例にとっ
て、本発明の第１２の実施例を説明する。
【００５８】図１２は本発明の第１２の実施例を説明す
る素子構造図であり、ｎ型基板結晶ＺｎＳｅ：Ｇａｌは
沃素輸送法で成長させた単結晶ＺｎＳｅインゴットから
切り出した厚さ３００μｍのＺｎＳｅ（１００）基板で
あり、該基板はＺｎ＋Ｇａ融液（Ｚｎ９０：Ｇａ１０）
中で９５０℃，１００時間加熱処理した低抵抗ＺｎＳｅ
（抵抗率：１Ω・ｃｍ）である。このｎ型ＺｎＳｅ（１
００）基板１上のｐ型エピタキシャル結晶層Ｚｎ1-y Ｂ
ｅy Ｔｅ：Ａｓ７１はＭＢＥ法にて形成されたものであ
り、抵抗率は０．１Ω・ｃｍである。
る素子構造図であり、ｎ型基板結晶ＺｎＳｅ：Ｇａｌは
沃素輸送法で成長させた単結晶ＺｎＳｅインゴットから
切り出した厚さ３００μｍのＺｎＳｅ（１００）基板で
あり、該基板はＺｎ＋Ｇａ融液（Ｚｎ９０：Ｇａ１０）
中で９５０℃，１００時間加熱処理した低抵抗ＺｎＳｅ
（抵抗率：１Ω・ｃｍ）である。このｎ型ＺｎＳｅ（１
００）基板１上のｐ型エピタキシャル結晶層Ｚｎ1-y Ｂ
ｅy Ｔｅ：Ａｓ７１はＭＢＥ法にて形成されたものであ
り、抵抗率は０．１Ω・ｃｍである。
【００５９】ＭＢＥ成長に於いては、まずＺｎＳｅ基板
をＢｒ５％添加メタノール（ＣＨ3 ＯＨ）液中で化学エ
ッチングした後、１〜３×１０-10 Torrの超高真空中で
５００℃、数分ないし３０分間の表面処理を行い表面を
清浄化させた。その後、２６０℃に設定したＺｎＳｅ
（１００）単結晶基板１の表面上へ、Ｚｎ分子線強度５
×１０-8Torr，Ｂｅ分子線強度５×１０-7Torr，Ｔｅ分
子線強度５×１０-7Torr，Ａｓ分子線強度２×１０-10
Torrとして３時間成長させ、２μｍ厚のｐ型Ｚｎ 1-x Ｂ
ｅx Ｔｅ：Ａｓ成長層（ｘ＝０．９）７１を形成した。
をＢｒ５％添加メタノール（ＣＨ3 ＯＨ）液中で化学エ
ッチングした後、１〜３×１０-10 Torrの超高真空中で
５００℃、数分ないし３０分間の表面処理を行い表面を
清浄化させた。その後、２６０℃に設定したＺｎＳｅ
（１００）単結晶基板１の表面上へ、Ｚｎ分子線強度５
×１０-8Torr，Ｂｅ分子線強度５×１０-7Torr，Ｔｅ分
子線強度５×１０-7Torr，Ａｓ分子線強度２×１０-10
Torrとして３時間成長させ、２μｍ厚のｐ型Ｚｎ 1-x Ｂ
ｅx Ｔｅ：Ａｓ成長層（ｘ＝０．９）７１を形成した。
【００６０】図１２の４０はＡｌからなる負電極，５０
はＡｕからなる正電極である。Ａｕ正電極５０はＺｎＢ
ｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層の形成後、ＭＢＥ室に搬
送室を介して隣接する電極形成室にて１〜３×１０-9To
rrの真空度条件下で蒸着形成後、Ａｌ負電極４０と同時
に３００℃で加熱処理によりオーミック化するのが適し
ている。Ａｌ負電極４０は電子ビーム蒸着により形成し
たが、化学エッチングの後１×１０-8Torr以下の真空中
でＺｎＳｅ基板１の裏面を２０〜１００μｍ除去した
後、３００℃に加熱したＺｎＳｅ：Ｇａ基板１の裏面上
へＡｌを堆積させることによりオーミック電極とした。
はＡｕからなる正電極である。Ａｕ正電極５０はＺｎＢ
ｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層の形成後、ＭＢＥ室に搬
送室を介して隣接する電極形成室にて１〜３×１０-9To
rrの真空度条件下で蒸着形成後、Ａｌ負電極４０と同時
に３００℃で加熱処理によりオーミック化するのが適し
ている。Ａｌ負電極４０は電子ビーム蒸着により形成し
たが、化学エッチングの後１×１０-8Torr以下の真空中
でＺｎＳｅ基板１の裏面を２０〜１００μｍ除去した
後、３００℃に加熱したＺｎＳｅ：Ｇａ基板１の裏面上
へＡｌを堆積させることによりオーミック電極とした。
【００６１】以上のようにして形成されたＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓエピタキシャル層７１は格子定数５．６７５Å
であり、基板ＺｎＳｅの格子定数（５．６７Å）との不
整合は０．１％以下であり、電子線回折パターンは極め
て良好なストリーク形状を呈し、良好な単結晶エピタキ
シャル膜であることが示された。この発光素子は電圧印
加により約３Ｖで２０ｍＡの電流が流れ、室温に於いて
ピーク波長が４６０ｎｍ付近のＺｎＳｅのバンドギャッ
プでの再結合による青色発光を示した。電流注入発光時
の発光スペクトルは４６０ｎｍの主発光帯とともに強度
１／１００００以下のごく弱い５３０ｎｍ付近の発光以
外は観測されない。
ｅ：Ａｓエピタキシャル層７１は格子定数５．６７５Å
であり、基板ＺｎＳｅの格子定数（５．６７Å）との不
整合は０．１％以下であり、電子線回折パターンは極め
て良好なストリーク形状を呈し、良好な単結晶エピタキ
シャル膜であることが示された。この発光素子は電圧印
加により約３Ｖで２０ｍＡの電流が流れ、室温に於いて
ピーク波長が４６０ｎｍ付近のＺｎＳｅのバンドギャッ
プでの再結合による青色発光を示した。電流注入発光時
の発光スペクトルは４６０ｎｍの主発光帯とともに強度
１／１００００以下のごく弱い５３０ｎｍ付近の発光以
外は観測されない。
【００６２】本実施例で説明したように、発光層が基板
単結晶であるため、発光スペクトルは基板そのもののフ
ォトルミネセンスに於いて観測されるものとほぼ同様で
あり、しかもバンドギャップ発光（４６０ｎｍ発光帯）
の強度は注入電流密度に依存して増大するために、発光
強度を主として欠陥あるいは不純物量に依存する他の低
エネルギー発光（本実施例の５３０ｎｍ発光等）を無視
できる駆動条件に設定することが可能である。
単結晶であるため、発光スペクトルは基板そのもののフ
ォトルミネセンスに於いて観測されるものとほぼ同様で
あり、しかもバンドギャップ発光（４６０ｎｍ発光帯）
の強度は注入電流密度に依存して増大するために、発光
強度を主として欠陥あるいは不純物量に依存する他の低
エネルギー発光（本実施例の５３０ｎｍ発光等）を無視
できる駆動条件に設定することが可能である。
【００６３】エピタキシャル膜７１であるＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓエピタキシャル層７１は格子定数がほぼＺｎＳ
ｅ基板１のそれ（５．６７Å）と一致しており、全体と
して高品質の単結晶層となっており、注入層としての電
気的特性（０．１Ω・ｃｍ）は良好である。本実施例で
示されたように本発明により極めて簡単な構造の高性能
な高効率青色発光ダイオードを構成することが可能とな
った。 第１３実施例 図１３に本発明の第１３の実施例を示す。
ｅ：Ａｓエピタキシャル層７１は格子定数がほぼＺｎＳ
ｅ基板１のそれ（５．６７Å）と一致しており、全体と
して高品質の単結晶層となっており、注入層としての電
気的特性（０．１Ω・ｃｍ）は良好である。本実施例で
示されたように本発明により極めて簡単な構造の高性能
な高効率青色発光ダイオードを構成することが可能とな
った。 第１３実施例 図１３に本発明の第１３の実施例を示す。
【００６４】本実施例における素子の製作にはＭＢＥ成
長法を用いた。図１３に於いて、３はｎ型ＺｎＳ（１０
０）基板，４はｎ型ＺｎＳ／ＺｎＳｅ超格子エピタキシ
ャル層，７２はｐ型Ｚｎ1-Z ＢｅZ Ｔｅ：Ｐエピタキシ
ャル層である。また４０はＡｌ負電極，５０はＡｕ正電
極であり、これらはオーミック電極化の加熱処理条件を
除いて、第１２の実施例とほぼ同様である。
長法を用いた。図１３に於いて、３はｎ型ＺｎＳ（１０
０）基板，４はｎ型ＺｎＳ／ＺｎＳｅ超格子エピタキシ
ャル層，７２はｐ型Ｚｎ1-Z ＢｅZ Ｔｅ：Ｐエピタキシ
ャル層である。また４０はＡｌ負電極，５０はＡｕ正電
極であり、これらはオーミック電極化の加熱処理条件を
除いて、第１２の実施例とほぼ同様である。
【００６５】ｎ型ＺｎＳ（１００）基板３は、沃素輸送
法により製作したバルク単結晶より作成した単結晶基板
であり、Ａｌを１０％添加した溶融亜鉛中で９５０℃，
１００時間の低抵抗化処理を行ったもので、抵抗率５Ω
・ｃｍである。本基板結晶３はフォトルミネセンスにお
いて、３１０ｎｍ（Ｘｅランプ）あるいは３２５ｎｍ
（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）の紫外線光源で励起することに
より、室温に於いて４６０ｎｍにピークを有する高輝度
の深い準位からの幅の広い発光帯と３４０ｎｍにピーク
を持つバンド端発光を示す。
法により製作したバルク単結晶より作成した単結晶基板
であり、Ａｌを１０％添加した溶融亜鉛中で９５０℃，
１００時間の低抵抗化処理を行ったもので、抵抗率５Ω
・ｃｍである。本基板結晶３はフォトルミネセンスにお
いて、３１０ｎｍ（Ｘｅランプ）あるいは３２５ｎｍ
（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）の紫外線光源で励起することに
より、室温に於いて４６０ｎｍにピークを有する高輝度
の深い準位からの幅の広い発光帯と３４０ｎｍにピーク
を持つバンド端発光を示す。
【００６６】基板３上には、真空度（背圧）１〜２×１
０-10 Torr下でＺｎ分子ビーム圧力１×１０-6Torr，Ｓ
分子ビーム圧力５×１０-6Torr，Ｓｅ分子ビーム圧力１
×１０-6Torr，基板温度２６０℃として５ｎｍ厚のＺｎ
Ｓと５ｎｍ厚のＺｎＳｅが一対の膜として１０〜５０層
積層されたＺｎＳ／ＺｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ−５０）
超格子４が形成され、さらに該超格子層４上へ、Ｚｎ分
子ビーム圧力５×１０ -8Torr，Ｂｅ分子ビーム圧力４．
５×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム圧力４×１０ -7Torr，
Ｐ分子ビーム圧力１×１０-9Torr，かつ同基板温度にて
ｐ型ＺｎＢｅＴｅ：Ｐ層７２が形成されている。超格子
層４は０．１〜０．５μｍ，ＺｎＢｅＴｅ層７２の層厚
は３μｍである。
０-10 Torr下でＺｎ分子ビーム圧力１×１０-6Torr，Ｓ
分子ビーム圧力５×１０-6Torr，Ｓｅ分子ビーム圧力１
×１０-6Torr，基板温度２６０℃として５ｎｍ厚のＺｎ
Ｓと５ｎｍ厚のＺｎＳｅが一対の膜として１０〜５０層
積層されたＺｎＳ／ＺｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ−５０）
超格子４が形成され、さらに該超格子層４上へ、Ｚｎ分
子ビーム圧力５×１０ -8Torr，Ｂｅ分子ビーム圧力４．
５×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム圧力４×１０ -7Torr，
Ｐ分子ビーム圧力１×１０-9Torr，かつ同基板温度にて
ｐ型ＺｎＢｅＴｅ：Ｐ層７２が形成されている。超格子
層４は０．１〜０．５μｍ，ＺｎＢｅＴｅ層７２の層厚
は３μｍである。
【００６７】以上の構成の場合には、基板ＺｎＳ３とＺ
ｎ1-y Ｂｅy Ｔｅ層７２間の格子不整合が最少の場合で
も（ｙ＝１の場合でも）４％と極めて大きいため、直接
的な単純ヘテロエピタキシャル成長ではＺｕＢｅＴｅ層
７２は双晶化（多結晶化）し易く、十分高品質の結晶膜
が得られない。超格子層の挿入はＺｎＢｅＴｅ層７２を
容易に高品質単結晶化するのに適している。この場合、
ＺｎＢｅＴｅ層７２はＺｎＳｅ層上に接合するよう形成
するのが良い。
ｎ1-y Ｂｅy Ｔｅ層７２間の格子不整合が最少の場合で
も（ｙ＝１の場合でも）４％と極めて大きいため、直接
的な単純ヘテロエピタキシャル成長ではＺｕＢｅＴｅ層
７２は双晶化（多結晶化）し易く、十分高品質の結晶膜
が得られない。超格子層の挿入はＺｎＢｅＴｅ層７２を
容易に高品質単結晶化するのに適している。この場合、
ＺｎＢｅＴｅ層７２はＺｎＳｅ層上に接合するよう形成
するのが良い。
【００６８】本実施例の構成においては、Ｚｎ1-X Ｂｅ
X Ｔｅの組成はｘの値の広い範囲で（０≦ｘ≦１）選択
可能であるが、とくに０．２≦ｘ≦１．０の範囲が適し
ており、またＺｎＢｅＴｅ層７２の組成（ｘ）を変えて
積層化することにより、発光波長としては、ＺｎＢｅＴ
ｅ層７２より発光が生じる場合でも、例えば青色発光の
波長範囲である５００ｎｍ〜４３０ｎｍに設定するのが
よい。
X Ｔｅの組成はｘの値の広い範囲で（０≦ｘ≦１）選択
可能であるが、とくに０．２≦ｘ≦１．０の範囲が適し
ており、またＺｎＢｅＴｅ層７２の組成（ｘ）を変えて
積層化することにより、発光波長としては、ＺｎＢｅＴ
ｅ層７２より発光が生じる場合でも、例えば青色発光の
波長範囲である５００ｎｍ〜４３０ｎｍに設定するのが
よい。
【００６９】本実施例の接合型素子（ｘ＝０．９の場
合）も同様に電圧印加により約４Ｖで電流１０ｍＡで青
紫色発光を示す。発光スペクトルは、４６０ｎｍにピー
クを持つブロードな青色発光帯と約４３０ｎｍにピーク
を持つ紫色帯からなり、前者は基板３からの青色発光、
後者は超格子層４からの紫色発光に対応しており、両者
の発光強度比は、印加電圧ならびに注入電流量によって
変化する。
合）も同様に電圧印加により約４Ｖで電流１０ｍＡで青
紫色発光を示す。発光スペクトルは、４６０ｎｍにピー
クを持つブロードな青色発光帯と約４３０ｎｍにピーク
を持つ紫色帯からなり、前者は基板３からの青色発光、
後者は超格子層４からの紫色発光に対応しており、両者
の発光強度比は、印加電圧ならびに注入電流量によって
変化する。
【００７０】また超格子層４の相対膜厚は、各層が０．
５〜１０ｎｍであれば良くその場合すべての組み合わせ
が可能であるが、とくにＺｎＳｅｌｎｍ−ＺｎＳ９ｎｍ
が適しており、該層４からの発光は超格子層の各膜厚を
変化させることにより、４３０ｎｍ発光から４６０ｎｍ
まで変化させることが可能である。本実施例から明らか
なように、本発明により、高輝度青色発光ダイオードの
みならず、紫色光を含めた高輝度短波長制御型の発光素
子を構成することが可能となった。 第１４実施例 図１４に本発明の第１４の実施例を示す。
５〜１０ｎｍであれば良くその場合すべての組み合わせ
が可能であるが、とくにＺｎＳｅｌｎｍ−ＺｎＳ９ｎｍ
が適しており、該層４からの発光は超格子層の各膜厚を
変化させることにより、４３０ｎｍ発光から４６０ｎｍ
まで変化させることが可能である。本実施例から明らか
なように、本発明により、高輝度青色発光ダイオードの
みならず、紫色光を含めた高輝度短波長制御型の発光素
子を構成することが可能となった。 第１４実施例 図１４に本発明の第１４の実施例を示す。
【００７１】本実施例における素子も前の例と同様ＭＢ
Ｅ法により製作した。図１４において６は基板ＺｎＳ
（１００）ウェーハであり、第１３の実施例と同様の抵
抗率を有するｎ型結晶である。７はＭＢＥエピタキシャ
ル成長させた１μｍ厚のＺｎＳ1-Z ＳｅZ 膜で、ｚは基
板６からＺｎＢｅＴｅ成長層７３に向かって０から１ま
で変化する組成傾斜型緩衝層であり、Ａｌ濃度１×１０
13ｃｍ-3，抵抗率は０．０５Ω・ｃｍである。ＺｎＳ
1-Z ＳｅZ 緩衝層７上には、第１２の実施例と同一条件
で形成された抵抗率０．１Ω・ｃｍのｐ型ＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓ層８が２μｍの膜厚で積層されている。４０，
５０は前記２つの実施例と同様に形成された電極であ
る。
Ｅ法により製作した。図１４において６は基板ＺｎＳ
（１００）ウェーハであり、第１３の実施例と同様の抵
抗率を有するｎ型結晶である。７はＭＢＥエピタキシャ
ル成長させた１μｍ厚のＺｎＳ1-Z ＳｅZ 膜で、ｚは基
板６からＺｎＢｅＴｅ成長層７３に向かって０から１ま
で変化する組成傾斜型緩衝層であり、Ａｌ濃度１×１０
13ｃｍ-3，抵抗率は０．０５Ω・ｃｍである。ＺｎＳ
1-Z ＳｅZ 緩衝層７上には、第１２の実施例と同一条件
で形成された抵抗率０．１Ω・ｃｍのｐ型ＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓ層８が２μｍの膜厚で積層されている。４０，
５０は前記２つの実施例と同様に形成された電極であ
る。
【００７２】本実施例の構成は、前記の第１３の実施例
とほぼ同様の効果を有するが、特に、発光層として働
く。ＺｎＳ1-Z ＳｅZ 層７ならびに基板ＺｎＳ：Ａｌ６
は、いずれも発光に寄与するが、特に低電圧では緩衝層
７のＺｎＳｅの組成を有する固溶体領域での４６０ｎｍ
狭帯発光が強く、高印加電圧下・高電流密度注入条件下
では基板ＺｎＳ組成に伸びる高ＺｎＳ組成領域での発光
が増強され、５００ｎｍ以下の青色発光体が幅広く広が
り発光輝度が増大する。特にＺｎＳＳｅ７層でのＺｎＳ
ｅ層を０．５〜２μｍ程度に増加することにより、高品
質のＺｎＳｅ発光層を形成することが可能であり、その
場合には、発光スペクトルは半値幅８０ｎｍ，ピーク４
６０ｎｍ（２．６５ｅＶ）の強い単色青色発光を呈する
ことが可能である。
とほぼ同様の効果を有するが、特に、発光層として働
く。ＺｎＳ1-Z ＳｅZ 層７ならびに基板ＺｎＳ：Ａｌ６
は、いずれも発光に寄与するが、特に低電圧では緩衝層
７のＺｎＳｅの組成を有する固溶体領域での４６０ｎｍ
狭帯発光が強く、高印加電圧下・高電流密度注入条件下
では基板ＺｎＳ組成に伸びる高ＺｎＳ組成領域での発光
が増強され、５００ｎｍ以下の青色発光体が幅広く広が
り発光輝度が増大する。特にＺｎＳＳｅ７層でのＺｎＳ
ｅ層を０．５〜２μｍ程度に増加することにより、高品
質のＺｎＳｅ発光層を形成することが可能であり、その
場合には、発光スペクトルは半値幅８０ｎｍ，ピーク４
６０ｎｍ（２．６５ｅＶ）の強い単色青色発光を呈する
ことが可能である。
【００７３】本実施例からも明らかなように、本発明が
新規な高輝度青色発光素子を提供できることを示してい
る。 第１５実施例 図１５に本発明の第１５の実施例を示す。図１５に於い
て、９はｎ型ＧａＡｓ（１００）基板、１０はＧａを添
加してＭＢＥエピタキシャル成長された１０μｍ厚のｎ
型ＺｎＳｅ膜，７４はＺｎＳｅ膜上に前記と同様にＡｓ
を添加してＭＢＥ成長された２μｍ厚のｐ型ＺｎＢｅＴ
ｅ膜である。
新規な高輝度青色発光素子を提供できることを示してい
る。 第１５実施例 図１５に本発明の第１５の実施例を示す。図１５に於い
て、９はｎ型ＧａＡｓ（１００）基板、１０はＧａを添
加してＭＢＥエピタキシャル成長された１０μｍ厚のｎ
型ＺｎＳｅ膜，７４はＺｎＳｅ膜上に前記と同様にＡｓ
を添加してＭＢＥ成長された２μｍ厚のｐ型ＺｎＢｅＴ
ｅ膜である。
【００７４】本実施例に於いては、ＧａＡｓ基板９と第
１のエピタキシャル層ＺｎＳｅ：Ｇａ１０の格子不整合
度が約０．３％，他方該第１のエピタキシャル層ＺｎＳ
ｅ：Ｇａと第２のエピタキシャル層ＺｎＢｅＴｅ：Ａｓ
７４の格子不整合度は０．１％以下で、しかも基板側か
ら第２のエピタキシャル層方向に格子定数が減少してお
り、基板エピタキシャル層１０およびエピタキシャル層
７４間で格子の歪みは比較的小さい。各層の特性は、第
１２の実施例でも示したのとほぼ同様であり、５μｍ厚
のＺｎＳｅ：Ｇａ層１０は１Ω・ｃｍであり、発光素子
としての特性は、ＺｎＢｅＴｅ：Ａｓ層７４は０．１Ω
・ｃｍであり、ＺｎＢｅＴｅ層７４からＺｎＳｅ層１０
への正孔の注入により、ＺｎＳｅ層においてバンドギャ
ップでの電子−正孔の再結合発光が生じる。本実施例に
於いては、従来例（第２６図）のＺｎＳｅ：Ｏ注入層と
比較して、ＺｎＢｅＴｅ注入層中のｐ型不純物の活性度
が最大で５０％と極めて高く、また注入型のＺｎＢｅＴ
ｅのバンドギャップがＺｎＳｅと比較して約０．８ｅＶ
だけ大きいために、注入効率が極めて高くなり（従来例
と比較すると室温の特性に於いて１０００倍程度以上に
向上する）、室温に於いても、発光強度が極めて高く、
ピーク波長が４６０ｎｍの高輝度青色発光を観測するこ
とができた。
１のエピタキシャル層ＺｎＳｅ：Ｇａ１０の格子不整合
度が約０．３％，他方該第１のエピタキシャル層ＺｎＳ
ｅ：Ｇａと第２のエピタキシャル層ＺｎＢｅＴｅ：Ａｓ
７４の格子不整合度は０．１％以下で、しかも基板側か
ら第２のエピタキシャル層方向に格子定数が減少してお
り、基板エピタキシャル層１０およびエピタキシャル層
７４間で格子の歪みは比較的小さい。各層の特性は、第
１２の実施例でも示したのとほぼ同様であり、５μｍ厚
のＺｎＳｅ：Ｇａ層１０は１Ω・ｃｍであり、発光素子
としての特性は、ＺｎＢｅＴｅ：Ａｓ層７４は０．１Ω
・ｃｍであり、ＺｎＢｅＴｅ層７４からＺｎＳｅ層１０
への正孔の注入により、ＺｎＳｅ層においてバンドギャ
ップでの電子−正孔の再結合発光が生じる。本実施例に
於いては、従来例（第２６図）のＺｎＳｅ：Ｏ注入層と
比較して、ＺｎＢｅＴｅ注入層中のｐ型不純物の活性度
が最大で５０％と極めて高く、また注入型のＺｎＢｅＴ
ｅのバンドギャップがＺｎＳｅと比較して約０．８ｅＶ
だけ大きいために、注入効率が極めて高くなり（従来例
と比較すると室温の特性に於いて１０００倍程度以上に
向上する）、室温に於いても、発光強度が極めて高く、
ピーク波長が４６０ｎｍの高輝度青色発光を観測するこ
とができた。
【００７５】第１２の実施例ならびに、本実施例からも
明らかなように、本発明はＺｎＳｅ高輝度青色ＬＥＤの
新規な基本的構成法を提供することは極めて明らかであ
る。 第１６実施例 図１６に本発明の第１６の実施例を示す。本実施例に於
いては、基板としてＺｎＳＳｅ固溶体単結晶を用いたも
のである。本構成を用いることにより、基板ＺｎＳＳｅ
結晶とエピタキシャルＺｎＢｅＴｅ結晶において、格子
整合が可能である。図１６に於いて、１２はｎ型ＺｎＳ
0. 10Ｓｅ0.90（１００）基板ウェーハであり、第１３，
第１４の実施例と同様に沃素輸送法で成長させたバルク
単結晶を実施例１３，１４と同様に低抵抗化処理を施
し、１Ω・ｃｍ程度とした後切り出し、０．３μｍ粒径
の砥粒で機械研磨の後、５％の臭素（Ｂｒ）を含むメタ
ノール（ＣＨ3 ＯＨ）液を用いて化学エッチングして１
〜３×１０-10 Torrの超高真空中で加熱処理を施したも
のである。ＺｎＳ0.10Ｓｅ0.90結晶はバンドギャップエ
ネルギーが約２．８ｅＶであり、吸収端波長は４４３ｎ
ｍに対応している。したがって、本実施例は、格子整合
を取ることと同時に、さらに、ワイドギャップ注入層を
形成できる構成方法である。７５は、上記基板１２上に
形成されたＺｎＢｅＴｅエピタキシャル層である。Ｚｎ
分子ビーム圧力５×１０-8Torr，Ｂｅビーム圧力３×１
０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム圧力２．５×１０-7Torr，Ａ
ｓビーム圧力１×１０-9Torr，基板温度２５０℃，真空
度２×１０-10Torr下で、膜厚３μｍ（３時間成長）と
しているこのｐ型ＺｎＢｅＴｅ：Ａｓ層は高濃度Ａｓ添
加（ｐ型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０ 16〜１×１
０19ｃｍ-3が好ましい）によりキャリア濃度８．５×１
０18ｃｍ-3抵抗率０．０１Ω・ｃｍであり、電流（正
孔）注入層として極めて好適である。このようにして形
成されたＺｎＢｅＴｅ層は結晶成長初期より、反射高速
電子線回折パターンから明確に評価されている通り、結
晶性が極めて良好である。
明らかなように、本発明はＺｎＳｅ高輝度青色ＬＥＤの
新規な基本的構成法を提供することは極めて明らかであ
る。 第１６実施例 図１６に本発明の第１６の実施例を示す。本実施例に於
いては、基板としてＺｎＳＳｅ固溶体単結晶を用いたも
のである。本構成を用いることにより、基板ＺｎＳＳｅ
結晶とエピタキシャルＺｎＢｅＴｅ結晶において、格子
整合が可能である。図１６に於いて、１２はｎ型ＺｎＳ
0. 10Ｓｅ0.90（１００）基板ウェーハであり、第１３，
第１４の実施例と同様に沃素輸送法で成長させたバルク
単結晶を実施例１３，１４と同様に低抵抗化処理を施
し、１Ω・ｃｍ程度とした後切り出し、０．３μｍ粒径
の砥粒で機械研磨の後、５％の臭素（Ｂｒ）を含むメタ
ノール（ＣＨ3 ＯＨ）液を用いて化学エッチングして１
〜３×１０-10 Torrの超高真空中で加熱処理を施したも
のである。ＺｎＳ0.10Ｓｅ0.90結晶はバンドギャップエ
ネルギーが約２．８ｅＶであり、吸収端波長は４４３ｎ
ｍに対応している。したがって、本実施例は、格子整合
を取ることと同時に、さらに、ワイドギャップ注入層を
形成できる構成方法である。７５は、上記基板１２上に
形成されたＺｎＢｅＴｅエピタキシャル層である。Ｚｎ
分子ビーム圧力５×１０-8Torr，Ｂｅビーム圧力３×１
０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム圧力２．５×１０-7Torr，Ａ
ｓビーム圧力１×１０-9Torr，基板温度２５０℃，真空
度２×１０-10Torr下で、膜厚３μｍ（３時間成長）と
しているこのｐ型ＺｎＢｅＴｅ：Ａｓ層は高濃度Ａｓ添
加（ｐ型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０ 16〜１×１
０19ｃｍ-3が好ましい）によりキャリア濃度８．５×１
０18ｃｍ-3抵抗率０．０１Ω・ｃｍであり、電流（正
孔）注入層として極めて好適である。このようにして形
成されたＺｎＢｅＴｅ層は結晶成長初期より、反射高速
電子線回折パターンから明確に評価されている通り、結
晶性が極めて良好である。
【００７６】本実施例に示している構造の発光素子は、
ＺｎＳＳｅ基板１２とＺｎＢｅＴｅエピタキシャル層７
５間の界面近傍に於いても不整合に起因する結晶格子の
乱れた欠陥界面層が存在しないため、界面成長層の欠陥
濃度が極めて低く、低電圧印加時の特性も極めて良好で
あり、１．５Ｖ電圧印加時に１０ｍＡ以上の電流を流す
ことが可能となり、電流注入再結合により、発光ピーク
波長が４４３ｎｍで５０ｍｃｄ以上の輝度を有する極め
て高輝度な青紫色発光を呈する。
ＺｎＳＳｅ基板１２とＺｎＢｅＴｅエピタキシャル層７
５間の界面近傍に於いても不整合に起因する結晶格子の
乱れた欠陥界面層が存在しないため、界面成長層の欠陥
濃度が極めて低く、低電圧印加時の特性も極めて良好で
あり、１．５Ｖ電圧印加時に１０ｍＡ以上の電流を流す
ことが可能となり、電流注入再結合により、発光ピーク
波長が４４３ｎｍで５０ｍｃｄ以上の輝度を有する極め
て高輝度な青紫色発光を呈する。
【００７７】本実施例の構造を形成する場合には、Ｚｎ
Ｓ1-Z ＳｅZ の組成範囲としてはｚ＝０．７５〜１．０
が好適であるが、Ｚｎ1-y Ｂｅy Ｔｅエピタキシャル層
１３との界面付近では組成をｙ組成に対応させてｚ＝
０．８３〜１．０近傍に近付けることが好ましい。本実
施例で示したように、本発明は高輝度短波長発光ダイオ
ードの製造上極めて有用である。
Ｓ1-Z ＳｅZ の組成範囲としてはｚ＝０．７５〜１．０
が好適であるが、Ｚｎ1-y Ｂｅy Ｔｅエピタキシャル層
１３との界面付近では組成をｙ組成に対応させてｚ＝
０．８３〜１．０近傍に近付けることが好ましい。本実
施例で示したように、本発明は高輝度短波長発光ダイオ
ードの製造上極めて有用である。
【００７８】なお、４０はＩｎ−Ａｌ負電極、５０はＡ
ｕ正電極である。 第１７実施例 図１７に本発明の第１７の実施例となる素子構造図を示
す。図１７に於いて、１４はｎ型低抵抗ＺｎＳ（１０
０）：Ａｌ基板、１５は（ＭＢＥ）エピタキシャルｎ型
低抵抗ＺｎＳｅ（１００）：Ｇａ層、７６は同ｐ型低抵
抗ＺｎＢｅＴｅ（１００）：Ａｓ層であり、既に１２〜
１５までの実施例に於いて示してきたのと同様の基板を
用い、かつ同程度のエピタキシャル膜の特性を持たせ得
る。
ｕ正電極である。 第１７実施例 図１７に本発明の第１７の実施例となる素子構造図を示
す。図１７に於いて、１４はｎ型低抵抗ＺｎＳ（１０
０）：Ａｌ基板、１５は（ＭＢＥ）エピタキシャルｎ型
低抵抗ＺｎＳｅ（１００）：Ｇａ層、７６は同ｐ型低抵
抗ＺｎＢｅＴｅ（１００）：Ａｓ層であり、既に１２〜
１５までの実施例に於いて示してきたのと同様の基板を
用い、かつ同程度のエピタキシャル膜の特性を持たせ得
る。
【００７９】基板１４として用いるＺｎＳ：Ａｌ（１０
０），ｎ型エピタキシャル基板１５の特性は抵抗率０．
１〜１０Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１０16〜３×１０18ｃ
ｍ-3，ならびに層厚０．５μｍ以上であること（あるい
は基板１４とエピタキシャル発光層基板層１５間に緩衝
層１４’を設ける場合には０．３〜５μｍであること）
が好ましく、電流注入層１６として形成するＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓ（あるいはＰ）の抵抗率は２０〜０．００５Ω
・ｃｍ，キャリヤ濃度は１０16〜５×１５19ｃｍ-3が好
ましく、また発光層１５の不純物元素としてはＧａ，Ａ
ｌ以外にもインジウム（Ｉｎ），塩素（Ｃｌ），沃素
（Ｉ），臭素（Ｂｒ），フッ素（Ｆ）等を用いることが
好ましく、電流注入層７６の不純物元素としては、Ａ
ｓ，Ｐ以外にも窒素（Ｎ），アンモチン（Ｓｂ），リチ
ウム（Ｌｉ），ナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ）等
を用いることが好ましい。
０），ｎ型エピタキシャル基板１５の特性は抵抗率０．
１〜１０Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１０16〜３×１０18ｃ
ｍ-3，ならびに層厚０．５μｍ以上であること（あるい
は基板１４とエピタキシャル発光層基板層１５間に緩衝
層１４’を設ける場合には０．３〜５μｍであること）
が好ましく、電流注入層１６として形成するＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓ（あるいはＰ）の抵抗率は２０〜０．００５Ω
・ｃｍ，キャリヤ濃度は１０16〜５×１５19ｃｍ-3が好
ましく、また発光層１５の不純物元素としてはＧａ，Ａ
ｌ以外にもインジウム（Ｉｎ），塩素（Ｃｌ），沃素
（Ｉ），臭素（Ｂｒ），フッ素（Ｆ）等を用いることが
好ましく、電流注入層７６の不純物元素としては、Ａ
ｓ，Ｐ以外にも窒素（Ｎ），アンモチン（Ｓｂ），リチ
ウム（Ｌｉ），ナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ）等
を用いることが好ましい。
【００８０】本実施例で示した素子構造は、特に第１３
の実施例，第１４の実施例，第１６の実施例と同様にし
て、発光層領域以外は発光に対してそのバンドギャップ
を透明に設定できるため、特に注入発光の基板エピタキ
シャル層による再吸収の無い素子の構成が必要な場合に
於いて極めて有用である。 第１８実施例 図１８に本発明の第１８の実施例を示す。
の実施例，第１４の実施例，第１６の実施例と同様にし
て、発光層領域以外は発光に対してそのバンドギャップ
を透明に設定できるため、特に注入発光の基板エピタキ
シャル層による再吸収の無い素子の構成が必要な場合に
於いて極めて有用である。 第１８実施例 図１８に本発明の第１８の実施例を示す。
【００８１】本実施例では、高抵抗ＺｎＳ（１００）単
結晶基板１７上に順次形成したＺｎＢｅＴｅ固溶体エピ
タキシャル単結晶２０を電流注入層として有する超高輝
度ＺｎＳｅ青色ＬＥＤの素子構成例を提供する。図１８
に於いて、１７は沃素輸送法で育成したＺｎＳバルク単
結晶から切り出し作成した厚さ３００μｍのＺｎＳ（１
００）基板，１８は上記基板１７上に、既に前記実施例
に示したと同様なプロセスを経て、ＭＢＥ法で形成した
ＺｎＳ（５ｎｍ層厚）とＺｎＳｅ（５ｎｍ層厚）が順次
１００層づつ積層されて１μｍの層厚を有するＺｎＳ／
ＺｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ）超格子からなるＺｎＳ／Ｚ
ｎＳｅ：Ａｌのｎ型緩衝導電層である。この緩衝層中の
ＺｎＳ層にはＡｌがｎ型不純物として３×１０19ｃｍ-3
添加されており、１８層内の平均抵抗率は０．００２Ω
・ｃｍであり緩衝導電層として作用する。１９は超格子
導電層上に形成された発光層であり、０．５μｍ〜６μ
ｍの層厚でＡｌがｎ型不純物として１０16〜１０19ｃｍ
-3の範囲で添加され、抵抗率１〜０．０１Ω・ｃｍ程度
の低抵抗を有することが好ましく、この範囲に於いて
は、ＺｎＳｅ：Ａｌ層は低抵抗かつ、発光特性に於いて
もバンド端発光（４６０ｍ）のみを示す良質な単結晶膜
となる。１９層の膜厚はさらに薄くも厚くも可能である
が、特に厚い場合には１９層の自己再吸収により発光効
率としては低下するため、必要以上に厚い膜は好ましく
ない。発光層１９上に形成されたＺｎ0.1 Ｂｅ0.9 Ｔ
ｅ：Ａｓのｐ型電流注入層はＺｎＳｅ発光層１９と格子
整合がよい固溶体エピタキシャル膜であり、高品質な単
結晶膜となる。注入層７７に於いては、特に膜厚の制限
は無く、またｐ型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０16
〜５×１０19ｃｍ-3の範囲で添加することが好ましく、
抵抗率０．０１Ω・ｃｍ〜１Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１
×１０16〜９×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。本
注入層７７はバンドギャップ３．４ｅＶであり、ＺｎＳ
ｅ発光層１９に対する高い注入効率を有する注入層とし
て働く。４０，５０は第１２から第１７の実施例までほ
ぼ共通するそれぞれＡｌ，Ａｕから成る負電極，正電極
である。これらの電極層の形成は、半導体層１８，１
９，７７が形成されるＭＢＥエピタキシャル真空室と搬
送室を隔てて設置された、電極形成室ならびに反応正イ
オンビームエッチング（ＲＩＢＥ）室に於いて、全て真
空中で行うのが好ましい。
結晶基板１７上に順次形成したＺｎＢｅＴｅ固溶体エピ
タキシャル単結晶２０を電流注入層として有する超高輝
度ＺｎＳｅ青色ＬＥＤの素子構成例を提供する。図１８
に於いて、１７は沃素輸送法で育成したＺｎＳバルク単
結晶から切り出し作成した厚さ３００μｍのＺｎＳ（１
００）基板，１８は上記基板１７上に、既に前記実施例
に示したと同様なプロセスを経て、ＭＢＥ法で形成した
ＺｎＳ（５ｎｍ層厚）とＺｎＳｅ（５ｎｍ層厚）が順次
１００層づつ積層されて１μｍの層厚を有するＺｎＳ／
ＺｎＳｅ（５ｎｍ／５ｎｍ）超格子からなるＺｎＳ／Ｚ
ｎＳｅ：Ａｌのｎ型緩衝導電層である。この緩衝層中の
ＺｎＳ層にはＡｌがｎ型不純物として３×１０19ｃｍ-3
添加されており、１８層内の平均抵抗率は０．００２Ω
・ｃｍであり緩衝導電層として作用する。１９は超格子
導電層上に形成された発光層であり、０．５μｍ〜６μ
ｍの層厚でＡｌがｎ型不純物として１０16〜１０19ｃｍ
-3の範囲で添加され、抵抗率１〜０．０１Ω・ｃｍ程度
の低抵抗を有することが好ましく、この範囲に於いて
は、ＺｎＳｅ：Ａｌ層は低抵抗かつ、発光特性に於いて
もバンド端発光（４６０ｍ）のみを示す良質な単結晶膜
となる。１９層の膜厚はさらに薄くも厚くも可能である
が、特に厚い場合には１９層の自己再吸収により発光効
率としては低下するため、必要以上に厚い膜は好ましく
ない。発光層１９上に形成されたＺｎ0.1 Ｂｅ0.9 Ｔ
ｅ：Ａｓのｐ型電流注入層はＺｎＳｅ発光層１９と格子
整合がよい固溶体エピタキシャル膜であり、高品質な単
結晶膜となる。注入層７７に於いては、特に膜厚の制限
は無く、またｐ型不純物としてのＡｓ濃度は１×１０16
〜５×１０19ｃｍ-3の範囲で添加することが好ましく、
抵抗率０．０１Ω・ｃｍ〜１Ω・ｃｍ，キャリヤ濃度１
×１０16〜９×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。本
注入層７７はバンドギャップ３．４ｅＶであり、ＺｎＳ
ｅ発光層１９に対する高い注入効率を有する注入層とし
て働く。４０，５０は第１２から第１７の実施例までほ
ぼ共通するそれぞれＡｌ，Ａｕから成る負電極，正電極
である。これらの電極層の形成は、半導体層１８，１
９，７７が形成されるＭＢＥエピタキシャル真空室と搬
送室を隔てて設置された、電極形成室ならびに反応正イ
オンビームエッチング（ＲＩＢＥ）室に於いて、全て真
空中で行うのが好ましい。
【００８２】Ａｌは１０-8Torr以下で真空蒸着（あるい
は電子ビーム蒸着）またＡｕも同様に１０-9Torr以下の
真空中で堆積した。１８層，７７層の結晶表面は大気中
あるいは低真空（１０-5Torr以上）では容易に変化する
ので、４０，５０の負ならびに正電極ともに十分なオー
ム性電極形成が困難であるため、１０-8Torr以下の真空
度を有する超高真空中での形成が好ましい。
は電子ビーム蒸着）またＡｕも同様に１０-9Torr以下の
真空中で堆積した。１８層，７７層の結晶表面は大気中
あるいは低真空（１０-5Torr以上）では容易に変化する
ので、４０，５０の負ならびに正電極ともに十分なオー
ム性電極形成が困難であるため、１０-8Torr以下の真空
度を有する超高真空中での形成が好ましい。
【００８３】このようにして製作した本実施例の発光素
子は、先の実施例１７と同様に極めて低い印加電圧４．
５Ｖ以下で、１ｍＡ以上の電流を流すことが可能であ
り、低駆動電流時に於いてもピーク波長４６０ｎｍの青
色発光帯の発光輝度は５０ｍｃｄを越えて、極めて高輝
度かつ色純度の高い青色発光ダイオード特性を得ること
が可能となった。
子は、先の実施例１７と同様に極めて低い印加電圧４．
５Ｖ以下で、１ｍＡ以上の電流を流すことが可能であ
り、低駆動電流時に於いてもピーク波長４６０ｎｍの青
色発光帯の発光輝度は５０ｍｃｄを越えて、極めて高輝
度かつ色純度の高い青色発光ダイオード特性を得ること
が可能となった。
【００８４】本実施例においても明らかに示されたよう
に、本発明は、産業上極めて重要な超高輝度青色発光ダ
イオードを初めとする多種類の特性が著しく向上した短
波長発光素子の製造にかかわる基本的有用性を有する。 第１９実施例 図１９に本発明の第１９の実施例を示す。
に、本発明は、産業上極めて重要な超高輝度青色発光ダ
イオードを初めとする多種類の特性が著しく向上した短
波長発光素子の製造にかかわる基本的有用性を有する。 第１９実施例 図１９に本発明の第１９の実施例を示す。
【００８５】図１９には、Ｓｉ基板上に形成される本発
明の化合物半導体発光素子の例を示す。本実施例は、Ｓ
ｉ集積回路あるいはＳｉ検出器等との結合型機能性発光
素子の単位素子を構成するものである。図１９に於いて
２１はＳｉ（１００）基板，２２はその上へ形成された
ＺｎＳ：Ｃｌエピタキシャル膜，７８はさらにその上へ
形成されたＺｎＢｅＴｅ：Ｓｂエピタキシャル膜であ
る。本構造の発光素子構成に於いては、Ｓｉ（１００）
基板２１上に、ＭＢＥ法を用いて、真空度１×１０-10
Torr以下でＺｎビーム強度１×１０-6Torr，Ｓビーム強
度５×１０-6Torr，ｎ型不純物としてのＣｌビーム強度
５×１０-9Torr，基板温度２６０℃で１０μｍのｎ型Ｚ
ｎＳ：Ｃｌ層を形成した。
明の化合物半導体発光素子の例を示す。本実施例は、Ｓ
ｉ集積回路あるいはＳｉ検出器等との結合型機能性発光
素子の単位素子を構成するものである。図１９に於いて
２１はＳｉ（１００）基板，２２はその上へ形成された
ＺｎＳ：Ｃｌエピタキシャル膜，７８はさらにその上へ
形成されたＺｎＢｅＴｅ：Ｓｂエピタキシャル膜であ
る。本構造の発光素子構成に於いては、Ｓｉ（１００）
基板２１上に、ＭＢＥ法を用いて、真空度１×１０-10
Torr以下でＺｎビーム強度１×１０-6Torr，Ｓビーム強
度５×１０-6Torr，ｎ型不純物としてのＣｌビーム強度
５×１０-9Torr，基板温度２６０℃で１０μｍのｎ型Ｚ
ｎＳ：Ｃｌ層を形成した。
【００８６】Ｓｉ（１００）基板２１表面は、１×１０
-10 Torrの超高真空中で、基板温度５００℃以上で塩素
（ＺｎＣｌ2)ビームを照射し、あらかじめ酸化膜を除去
する等の表面クリーニングを行うことにより、十分なエ
ピタキシャル成長膜を得ることが出来る。ＺｎＳ層２２
は、上記Ｓｉ基板クリーニング後、基板温度を２６０℃
に設定すると同時に成長を行った。
-10 Torrの超高真空中で、基板温度５００℃以上で塩素
（ＺｎＣｌ2)ビームを照射し、あらかじめ酸化膜を除去
する等の表面クリーニングを行うことにより、十分なエ
ピタキシャル成長膜を得ることが出来る。ＺｎＳ層２２
は、上記Ｓｉ基板クリーニング後、基板温度を２６０℃
に設定すると同時に成長を行った。
【００８７】ＺｎＢｅＴｅ層７８にはｐ型不純物として
Ｓｂを選び、Ｚｎ分子ビーム０．７×１０-7Torr，Ｂｅ
分子ビーム７×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム７．５×１
０-7Torr，Ｓｂ分子ビーム１×１０-9Torrの条件下で２
μｍのＺｎＢｅＴｅ：Ｓｂ層を形成し、ｐ型注入発光層
とした。本実施例の構造で形成する注入発光層としての
ｎ型ＺｎＳ層２２はＣｌやＡｌ等の不純物を大量に添加
することにより、双晶を含まない単結晶層となり、また
同様にｐ型ＺｎＢｅＴｅ層についても、多量の不純物添
加が必要である。ＺｎＳ：Ｃｌ層２２のＡｌ（Ｃｌ）濃
度は１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3であること、ＺｎＢ
ｅＴｅ：Ｓｂ層のＳｂ濃度は５×１０17−８×１０19ｃ
ｍ-3であることが好ましい。ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層の
抵抗率は０．００１〜１０Ω・ｃｍ，ＺｎＢｅＴｅ：Ｓ
ｂ層については０．００５〜１０Ω・ｃｍであることが
適している。このように形成されたＺｎＢｅＴｅ層７
８，ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層２２は室温においてそれぞ
れ２．７５〜３．５ｅＶ，２．７５〜２．８５ｅＶに発
光ピーク波長を持つ強い青色発光，紫外光を示す。Ｓｉ
基板の一部をＨＦ系のエッチング液を用いて化学エッチ
ングして除去し、露出したＺｎＳ層２２はＣＦ4 ガスを
用いた反応性ドライエッチング法（ガス圧０．１Torr，
高周波入力２００ｍＷの条件下で）により、表面除去し
たのち、Ａｌ電極４０と６０を電子ビーム蒸着法を用い
て１×１０-9Torrの真空中で形成した。ＺｎＢｅＴｅ層
７８へのＡｌ電極は先の実施例と同様に形成した。この
ようにして構成したＺｎＢｅＴｅ／ＺｎＳ／Ｓｉ型発光
素子も印加電圧５Ｖ，電流２０ｍＡでピーク発光波長４
５０ｎｍの強い青色発光を示し、青色発光ダイオード製
造上有用である。
Ｓｂを選び、Ｚｎ分子ビーム０．７×１０-7Torr，Ｂｅ
分子ビーム７×１０-7Torr，Ｔｅ分子ビーム７．５×１
０-7Torr，Ｓｂ分子ビーム１×１０-9Torrの条件下で２
μｍのＺｎＢｅＴｅ：Ｓｂ層を形成し、ｐ型注入発光層
とした。本実施例の構造で形成する注入発光層としての
ｎ型ＺｎＳ層２２はＣｌやＡｌ等の不純物を大量に添加
することにより、双晶を含まない単結晶層となり、また
同様にｐ型ＺｎＢｅＴｅ層についても、多量の不純物添
加が必要である。ＺｎＳ：Ｃｌ層２２のＡｌ（Ｃｌ）濃
度は１×１０18〜１×１０20ｃｍ-3であること、ＺｎＢ
ｅＴｅ：Ｓｂ層のＳｂ濃度は５×１０17−８×１０19ｃ
ｍ-3であることが好ましい。ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層の
抵抗率は０．００１〜１０Ω・ｃｍ，ＺｎＢｅＴｅ：Ｓ
ｂ層については０．００５〜１０Ω・ｃｍであることが
適している。このように形成されたＺｎＢｅＴｅ層７
８，ＺｎＳ：Ａｌ（Ｃｌ）層２２は室温においてそれぞ
れ２．７５〜３．５ｅＶ，２．７５〜２．８５ｅＶに発
光ピーク波長を持つ強い青色発光，紫外光を示す。Ｓｉ
基板の一部をＨＦ系のエッチング液を用いて化学エッチ
ングして除去し、露出したＺｎＳ層２２はＣＦ4 ガスを
用いた反応性ドライエッチング法（ガス圧０．１Torr，
高周波入力２００ｍＷの条件下で）により、表面除去し
たのち、Ａｌ電極４０と６０を電子ビーム蒸着法を用い
て１×１０-9Torrの真空中で形成した。ＺｎＢｅＴｅ層
７８へのＡｌ電極は先の実施例と同様に形成した。この
ようにして構成したＺｎＢｅＴｅ／ＺｎＳ／Ｓｉ型発光
素子も印加電圧５Ｖ，電流２０ｍＡでピーク発光波長４
５０ｎｍの強い青色発光を示し、青色発光ダイオード製
造上有用である。
【００８８】また、本実施例の発光素子はＳｉ基板２１
中に作り込まれたＳｉ光検出器ＳｉＩＣ，ＳｉＣＣＤ等
からの出力を制御信号としてＺｎＢｅＴｅ／ＺｎＳ発光
部の電流・電圧制御を行うことにより極めて出力安定度
の高い発光出力制御型発光素子等の機能ＬＥＤ素子への
出力光変調型発光素子として利用上極めて有用である。 第２０実施例 図２０に本発明の第２０の実施例を示す。
中に作り込まれたＳｉ光検出器ＳｉＩＣ，ＳｉＣＣＤ等
からの出力を制御信号としてＺｎＢｅＴｅ／ＺｎＳ発光
部の電流・電圧制御を行うことにより極めて出力安定度
の高い発光出力制御型発光素子等の機能ＬＥＤ素子への
出力光変調型発光素子として利用上極めて有用である。 第２０実施例 図２０に本発明の第２０の実施例を示す。
【００８９】図２０に於いて、２４はＧｅ（１００）基
板であり、２５はＺｎＳｅ：Ａｌエピタキシャル層，７
９はＺｎＢｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、基本
的な構成は、基板Ｇｅ（１００）以外は実施例１２とほ
ぼ同様にして形成できる。本実施例に於いては、各エピ
タキシャル形成後、ＺｎＢｅＴｅ層７９の一部が反応性
イオンエッチングにより除去されており、発光素子用電
極４０，５０がプレーナー型に形成されており、ＺｎＳ
ｅ／Ｇｅ接合系からなる光検出素子のための電極４０，
６０が別途に設けられている。
板であり、２５はＺｎＳｅ：Ａｌエピタキシャル層，７
９はＺｎＢｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、基本
的な構成は、基板Ｇｅ（１００）以外は実施例１２とほ
ぼ同様にして形成できる。本実施例に於いては、各エピ
タキシャル形成後、ＺｎＢｅＴｅ層７９の一部が反応性
イオンエッチングにより除去されており、発光素子用電
極４０，５０がプレーナー型に形成されており、ＺｎＳ
ｅ／Ｇｅ接合系からなる光検出素子のための電極４０，
６０が別途に設けられている。
【００９０】このような構成のＺｎＢｅＴｅ／ＺｎＳｅ
型青色ＬＥＤは第１２，第１９の実施例と同様に光出力
制御型ＬＥＤとして有用である。 第２１実施例 図２１に本発明の第２１の実施例を示す。図２１に於い
ては、２７はｎ型ＧａＰ（１００）基板，２８はＺｎ
Ｓ：Ｇａのｎ型エピタキシャル層，８０はＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓのｐ型エピタキシャル層である。このようにし
て構成された本実施例の発光素子は、ＺｎＢｅＴｅ／Ｚ
ｎＳ青色発光部より発生した青色発光（４６０ｎｍ）の
一部がＧａＰ基板を励起することにより緑色光（５５５
ｎｍ）を生ずるため、青色光とも同時に緑色光を発生す
ることが可能な２発光バンド素子，色調可変素子として
極めて有用である。
型青色ＬＥＤは第１２，第１９の実施例と同様に光出力
制御型ＬＥＤとして有用である。 第２１実施例 図２１に本発明の第２１の実施例を示す。図２１に於い
ては、２７はｎ型ＧａＰ（１００）基板，２８はＺｎ
Ｓ：Ｇａのｎ型エピタキシャル層，８０はＺｎＢｅＴ
ｅ：Ａｓのｐ型エピタキシャル層である。このようにし
て構成された本実施例の発光素子は、ＺｎＢｅＴｅ／Ｚ
ｎＳ青色発光部より発生した青色発光（４６０ｎｍ）の
一部がＧａＰ基板を励起することにより緑色光（５５５
ｎｍ）を生ずるため、青色光とも同時に緑色光を発生す
ることが可能な２発光バンド素子，色調可変素子として
極めて有用である。
【００９１】特に、ＧａＰ基板あるいは、成長層側の一
部をエッチングして除去することにより純青色ならびに
純緑色の高輝度発光ダイオードを構成することができる
為、ＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ等の発光ダイオードと組
み合わせることにより高輝度白色ダイオードを構成する
上で極めて有用である。 第２２実施例 第２２図は本発明の第２２の実施例を示したものであ
り、同図に於いて３０はＺｎＳ（１００）基板，３１は
ｎ型ＺｎＳ：Ａｌエピタキシャル層，８１はｐ型ＺｎＢ
ｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、既に説明した第
２の実施例とほぼ同様であるが、プレーナ型電極構造を
とり、基板ＺｎＳ３０より強い青色発光を放射すること
の可能な高輝度青色発光ダイオードである。
部をエッチングして除去することにより純青色ならびに
純緑色の高輝度発光ダイオードを構成することができる
為、ＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓ等の発光ダイオードと組
み合わせることにより高輝度白色ダイオードを構成する
上で極めて有用である。 第２２実施例 第２２図は本発明の第２２の実施例を示したものであ
り、同図に於いて３０はＺｎＳ（１００）基板，３１は
ｎ型ＺｎＳ：Ａｌエピタキシャル層，８１はｐ型ＺｎＢ
ｅＴｅ：Ａｓエピタキシャル層であり、既に説明した第
２の実施例とほぼ同様であるが、プレーナ型電極構造を
とり、基板ＺｎＳ３０より強い青色発光を放射すること
の可能な高輝度青色発光ダイオードである。
【００９２】本実施例の構成は、特に平面ディスプレイ
等の画面化を指向した青色を含む高輝度発光デバイス用
として極めて有用である。
等の画面化を指向した青色を含む高輝度発光デバイス用
として極めて有用である。
【００９３】
【発明の効果】本発明によって製造したII−VI族化合物
半導体接合素子は、既に実施例で詳しく説明した通り、
従来素子の本質的な問題点を克服することを可能とし、
その多くの実施例で示した通り、安定かつ再現性のある
高輝度青色発光ダイオードを初めとする短波長（青色〜
紫外）光の高輝度発光素子の製作に極めて適している。
従って、青色光から紫外光までに及びオプトエレクトロ
ニクス分野の半導体発光素子として使用することができ
る。
半導体接合素子は、既に実施例で詳しく説明した通り、
従来素子の本質的な問題点を克服することを可能とし、
その多くの実施例で示した通り、安定かつ再現性のある
高輝度青色発光ダイオードを初めとする短波長（青色〜
紫外）光の高輝度発光素子の製作に極めて適している。
従って、青色光から紫外光までに及びオプトエレクトロ
ニクス分野の半導体発光素子として使用することができ
る。
【図１】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図５】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図６】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図７】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図８】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図９】本発明による化合物半導体発光素子の実施例の
断面図である。
断面図である。
【図１０】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１１】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１２】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１３】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１４】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１５】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１６】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１７】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１８】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図１９】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図２０】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図２１】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図２２】本発明による化合物半導体発光素子の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図２３】ＺｎＢｅＴｅの発光スペクトルの発光強度と
光子エネルギーとの関係と示す図である。
光子エネルギーとの関係と示す図である。
【図２４】ＣｄＢｅＴｅの発光スペクトルの発光強度と
光子エネルギーとの関係と示す図である。
光子エネルギーとの関係と示す図である。
【図２５】格子定数とエネルギーギャップとの関係を示
す図である。
す図である。
【図２６】従来の化合物半導体発光素子の断面図であ
る。
る。
Claims (6)
- 【請求項１】 II−VI族化合物半導体で形成されたｐｎ
接合型発光素子であって、該接合部のｎ層が必須の組成
元素として亜鉛を含有するII−VI族化合物半導体層から
なり、前記接合部のｐ層が必須の組成元素としてＭ，Ｂ
ｅ，Ｔｅ（ＭはＣｄ又はＺｎ）を含有するエピタキシャ
ル層からなるII−VI族化合物半導体層からなることを特
徴とする化合物半導体発光素子。 - 【請求項２】 ｐ層のバンドギャップがｎ層のバンドギ
ャップよりも大きい請求項１記載の化合物半導体発光素
子。 - 【請求項３】 ｎ層の化合物半導体が、式（Ｉ） ＺｎＳ1-Z ＳｅZ （０≦Ｚ≦１） …（Ｉ） の化合物半導体である請求項１記載の化合物半導体発光
素子。 - 【請求項４】 ｎ層の化合物半導体が、式（Ｉ）の化合
物半導体単結晶基板である請求項３記載の化合物半導体
発光素子。 - 【請求項５】 ｎ層がｐ層との界面部にＺｎＳとＺｎＳ
ｅが交互に積層された超格子層を有する請求項３記載の
化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】 ｎ層がｐ層との界面部に ＺｎＳ1-X ＳｅX （０＜Ｘ＜１） からなる組成傾斜エピタキシャル層を有する請求項３記
載の化合物半導体発光素子。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32434690 | 1990-11-26 | ||
| JP2-324346 | 1990-11-26 | ||
| JP33190990 | 1990-11-27 | ||
| JP2-331909 | 1990-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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